DE102023100084A1 - Integrierte Ladeschaltung mit einem bidirektionalen Schaltwandler und elektronische Vorrichtung mit derselben - Google Patents

Integrierte Ladeschaltung mit einem bidirektionalen Schaltwandler und elektronische Vorrichtung mit derselben Download PDF

Info

Publication number
DE102023100084A1
DE102023100084A1 DE102023100084.5A DE102023100084A DE102023100084A1 DE 102023100084 A1 DE102023100084 A1 DE 102023100084A1 DE 102023100084 A DE102023100084 A DE 102023100084A DE 102023100084 A1 DE102023100084 A1 DE 102023100084A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
node
voltage
mode
current
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023100084.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Sungwoo Lee
Hyebong Ko
Hyoungseok OH
Kyeseok Yoon
Daewoong CHO
Woonhyung HEO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of DE102023100084A1 publication Critical patent/DE102023100084A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009—Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Eine integrierte Ladeschaltung (IC) umfasst einen bidirektionalen Schaltwandler und einen Controller. Der bidirektionale Schaltwandler ist eingerichtet, eine erste Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er eine erste Eingangsspannung basierend auf einem ersten Schaltvorgang in einem Abwärtsmodus abwärtswandelt, eine zweite Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er eine zweite Eingangsspannung basierend auf einem zweiten Schaltvorgang in einem Aufwärtsmodus aufwärtswandelt, und die erste Ausgangsspannung oder die zweite Ausgangsspannung basierend auf einem dritten Schaltvorgang in einem Aufwärts-Abwärts-Modus zu erzeugen. Der Controller ist eingerichtet, in dem Aufwärtsmodus den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Talstrom-Modussteuerung (VCMC) in einem kontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern und den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Spannungsmodussteuerung (VMC) basierend auf einer fest eingestellten Schaltfrequenz in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern.

Description

  • QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorzug der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2022-0006177 , eingereicht am 14. Januar 2022 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum, deren Offenbarung vollinhaltlich durch Verweis hierin aufgenommen wird.
  • 1. Technisches Gebiet
  • Das erfinderische Konzept betrifft eine integrierte Ladeschaltung (integrierte Schaltung, IC) umfassend einen bidirektionalen Schaltwandler sowie eine elektronische Vorrichtung, welche diese Lade-IC umfasst.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Eine mobile elektronische Vorrichtung verwendet eine wiederaufladbare Batterie als Leistungszufuhr. Aufgrund der begrenzten Kapazität der Batterie muss ein Nutzer die Batterie aufladen, bevor die verbleibende Kapazität der Batterie vollständig aufgebraucht ist. Ein Ladegerät kann Leistung, die von Wechselstrom (AC) oder von einer anderen Leistungszufuhr (z. B. einem Computer) zugeführt wird, in Gleichstrom (DC) zum Laden der Batterie umwandeln. Beispiele für das Ladegerät umfassen ein Kabel-Ladegerät oder ein drahtloses Ladegerät.
  • Einige mobile Vorrichtungen bzw. Geräte, wie beispielsweise Smartphones und Tablet-Personalcomputer (PCs) unterstützen sowohl Laden per Kabel als auch drahtloses Laden. Entsprechend kann eine mobile Vorrichtung eine Ladeschaltung umfassen, die in der Lage ist, Modi umzuschalten, um einen drahtlosen Betrieb und einen Kabelbetrieb stabil zu unterstützen, selbst wenn eine Eingangsleistungsquelle instabil ist. Allerdings kann es in der Ladeschaltung zu einem Überstrom kommen.
  • KURZFASSUNG
  • Mindestens eine Ausführungsform des erfinderischen Konzepts schafft einen bidirektionalen Schaltwandler, der eine Mehrzahl von Schaltmodi unterstützt und einen nahtlosen Übergang zwischen der Mehrzahl von Schaltmodi schafft, eine integrierte Ladeschaltung (IC), welche den bidirektionalen Schaltwandler umfasst, und eine elektronische Vorrichtung, die den Lade-IC umfasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfinderischen Konzepts umfasst eine integrierte Ladeschaltung einen bidirektionalen Schaltwandler und einen Controller. Der bidirektionale Schaltwandler ist eingerichtet, eine erste Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er eine erste Eingangsspannung basierend auf einem ersten Schaltvorgang in einem Abwärtsmodus abwärtswandelt, eine zweite Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er eine zweite Eingangsspannung basierend auf einem zweiten Schaltvorgang in einem Aufwärtsmodus aufwärtswandelt, und die erste Ausgangsspannung oder die zweite Ausgangsspannung basierend auf einem dritten Schaltvorgang in einem Aufwärts-Abwärts-Modus zu erzeugen. Der Controller ist eingerichtet, in dem Aufwärtsmodus den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Talstrom-Modussteuerung in einem kontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern und den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Spannungsmodussteuerung basierend auf einer fest eingestellten Schaltfrequenz in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfinderischen Konzepts umfasst eine elektronische Vorrichtung eine Batterie, eine integrierte Ladeschaltung, eine erste Leistungsschnittstelle und eine zweite Leistungsschnittstelle. Die integrierte Ladeschaltung ist eingerichtet, die Batterie zu laden, indem sie in einem Abwärtsmodus eine erste Spannung, die durch einen ersten Knoten eingegeben wird, abwärtswandelt, eine erste Leistung durch den ersten Knoten auszugeben, indem sie eine zweite Spannung, mit der die Batterie geladen wird, in einem Aufwärtsmodus aufwärtswandelt, in einem Aufwärts-Abwärts-Modus die Batterie zu laden oder die erste Leistung auszugeben, und basierend auf einem Schaltsignal mit einer fest eingestellten Frequenz entsprechend einer Spannungsmodussteuerung in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt in dem Aufwärtsmodus betrieben zu werden. Die erste Leistungsschnittstelle ist eingerichtet, der integrierten Ladeschaltung die erste Spannung bereitzustellen. Die zweite Leistungsschnittstelle ist eingerichtet, die erste Leistung zu empfangen.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfinderischen Konzepts umfasst eine integrierte Ladeschaltung einen Controller. Der bidirektionalen Schaltwandler ist eingerichtet, in einem Abwärtsmodus eine Batterie zu laden, indem er einen ersten Leistungspfad in einer ersten Richtung basierend auf einem ersten Schaltvorgang bildet, in einem Aufwärtsmodus einer externen Vorrichtung basierend auf einer Spannung, mit der die Batterie geladen wird, Leistung bereitzustellen, indem er einen zweiten Leistungspfad in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, basierend auf einem zweiten Schaltvorgang bildet, und in einem Aufwärts-Abwärts-Modus die Batterie zu laden oder der externen Vorrichtung die Leistung basierend auf einem dritten Schaltvorgang bereitzustellen. Der Controller ist eingerichtet, eine Fehlerspannung, die eine Differenz zwischen einem Spannungspegel der Ausgangsspannung und einem Sollspannungspegel angibt, basierend auf einer Ausgangsspannung des bidirektionalen Schaltwandlers zu erzeugen, und den ersten Schaltvorgang in dem Abwärtsmodus, den zweiten Schaltvorgang in dem Aufwärtsmodus und den dritten Schaltvorgang in dem Aufwärts-Abwärts-Modus basierend auf der Fehlerspannung zu steuern.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen des erfinderischen Konzepts sind klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in welchen:
    • 1 ein Blockdiagramm ist, das schematisch eine elektronische Vorrichtung, die eine integrierte Ladeschaltung (IC) umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt;
    • 2 ein Schaltbild ist, das einen bidirektionalen Schaltwandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt;
    • 3A und 3B einen Leistungspfad in einem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang eines bidirektionalen Schaltwandlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigen;
    • 4A und 4B einen Leistungspfad in einem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang eines bidirektionalen Schaltwandlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigen;
    • 5 ein Wellenformdiagramm ist, das Schaltsignale, einen Zustand eines Abwärtswandlers und einen Induktorstrom gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler einen Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführt;
    • 6 ein Wellenformdiagramm ist, das Schaltsignale, einen Zustand eines Abwärtswandlers und einen Induktorstrom gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler einen Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführt;
    • 7 ein Graph ist, der einen Induktorstrom und einen Erfassungsstrom eines bidirektionalen Schaltwandlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt;
    • 8 ein Blockschaltbild ist, das schematisch einen Controller, der einen bidirektionalen Schaltwandler steuert, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt;
    • 9 ein Schaltbild ist, das schematisch einen Modulator aus 8 zeigt;
    • 10 ein Graph ist, der einen Induktorstrom und Steuersignale gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler in einem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben wird;
    • 11A, 11B und llCGraphen sind, die Signale gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigen, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler einen Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführt;
    • 12 eine Wellenform ist, die einen Übergang von einer Mehrzahl von Schaltmodi eines bidirektionalen Schaltwandlers und Fehlerspannungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt;
    • 13 ein Blockdiagramm ist, das schematisch eine elektronische Vorrichtung, die eine Lade-IC umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt; und
    • 14 ein Blockdiagramm ist, das eine beispielhafte Konfiguration einer elektronischen Vorrichtung, die eine Lade-IC umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Ausführungsformen des erfinderischen Konzepts mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine elektronische Vorrichtung, die eine integrierte Ladeschaltung (IC) umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Bezug nehmend auf 1 umfasst eine elektronische Vorrichtung 10 eine Lade-IC 100 und eine Batterie 200. Die elektronische Vorrichtung 10 kann ferner einen Hauptprozessor und Peripheriegeräte umfassen. Die elektronische Vorrichtung 10 kann zum Beispiel eine mobile Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein Smartphone, ein Tablet-Personalcomputer (PC), ein Mobiltelefon, ein Persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein Laptop, eine Wearable-Vorrichtung, eine globale Positionsbestimmungssystem(GPS)-Vorrichtung, ein E-Book-Endgerät, ein Endgerät für digitale Übertragung, ein MP3-Player, eine Digitalkamera usw. Die elektronische Vorrichtung 10 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug sein.
  • Die Batterie 200 kann in der elektronischen Vorrichtung 10 eingebaut sein. Bei einer Ausführungsform ist die Batterie 200 eingerichtet, aus der elektronischen Vorrichtung 10 entfernbar zu sein. Die Batterie 200 kann eine Batteriezelle oder eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassen. Die Mehrzahl von Batteriezellen kann in Reihe oder parallel geschaltet sein. Wenn eine externe Ladevorrichtung nicht mit der elektronischen Vorrichtung 10 verbunden ist, kann die Batterie 200 der elektronischen Vorrichtung 10 Leistung zuführen.
  • Die Lade-IC 100 kann die Batterie 200 aufladen und kann als „Batterieladegerät“ bezeichnet sein. Ferner kann die Lade-IC 100 einer externen Vorrichtung, die mit der Lade-IC 100 verbunden ist (z. B. eine Kabelschnittstelle oder eine drahtlose Schnittstelle), basierend auf einer Spannung, mit der die Batterie 200 geladen wird, Leistung zuführen. Die Lade-IC 100 kann zum Beispiel mit einem oder mehreren IC-Chips implementiert sein und auf einer Leiterplatte (PCB) montiert sein.
  • Die Lade-IC 100 umfasst einen bidirektionalen Schaltwandler 110 und einen Controller 120 (z. B. eine Steuerschaltung). Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann als Gleichstrom(DC)-DC-Wandler implementiert sein und eine Eingangsspannung abwärtswandeln oder aufwärtswandeln, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Abwärtswandeln der Eingangsspannung einen Pegel der Eingangsspannung reduzieren und das Aufwärtswandeln der Eingangsspannung kann einen Pegel der Eingangsspannung erhöhen. Wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 die Eingangsspannung abwärtswandelt, d. h., einen Abwärtswandlungsvorgang durchführt, wird ein erster Leistungspfad in einer ersten Richtung gebildet, und wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 die Eingangsspannung aufwärtswandelt, d. h. einen Aufwärtswandlungsvorgang durchführt, kann ein zweiter Leistungspfad in einer zweiten Richtung gebildet werden, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Nachfolgend wird bei dem erfinderischen Konzept die erste Richtung als Vorwärtsrichtung bezeichnet und die zweite Richtung wird als Rückwärtsrichtung bezeichnet. Der Abwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 wird daher als Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang bezeichnet und der Aufwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 wird als Rückwärts-Wandlungsvorgang bezeichnet.
  • Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann in einem Vorwärts-Abwärts-Modus (auch als Abwärtsmodus oder Abwärts-Single-Modus bezeichnet), in einem Rückwärts-Aufwärts-Modus (auch als Aufwärtsmodus oder als Aufwärts-Single-Modus bezeichnet) oder in einem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus (auch als Abwärts-Rückwärts-Modus oder als Abwärts-Aufwärts-Komplex-Modus bezeichnet) betrieben werden.
  • In dem Vorwärts-Abwärts-Modus wandelt der bidirektionale Schaltwandler 110 die Eingangsspannung abwärts, indem er einen ersten Schaltvorgang durchführt (d. h. den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang), um eine abwärtsgewandelte Spannung zu erzeugen, und lädt die Batterie 200 basierend auf der abwärtsgewandelten Spannung. In dem Rückwärts-Aufwärts-Modus wandelt der bidirektionale Schaltwandler 110 die Eingangsspannung von der Batterie 200 aufwärts, um einen zweiten Schaltvorgang durchzuführen (d. h. den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang), um eine aufwärtsgewandelte Spannung zu erzeugen, und führt einer externen Vorrichtung Leistung basierend auf der aufwärtsgewandelten Spannung zu.
  • In dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus führt der bidirektionale Schaltwandler 110 einen dritten Schaltvorgang (d. h. den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang oder den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang) basierend auf einem Laststrom durch. In dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus kann der bidirektionale Schaltwandler 110 die Batterie 200 laden oder der externen Vorrichtung Leistung zuführen.
  • Ein bidirektionaler Strom, der durch einen Schalttransistor fließt, der in dem bidirektionalen Schaltwandler 110 umfasst ist, wird erfasst und der bidirektionale Schaltwandler 110 kann entsprechend einer Spitzenstrom-Modussteuerung (Peak Current Mode Control, PCMC) in dem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang, basierend auf einem Erfassungsstrom, betrieben werden, und kann entsprechend einer Talstrom-Modussteuerung (Valley Current Mode Control, VCMC) in dem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang betrieben werden.
  • Bei einer Ausführungsform führt der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus den zweiten Schaltvorgang entsprechend VCMC in einem kontinuierlichen Stromabschnitt durch, und führt den zweiten Schaltvorgang basierend auf einem Schaltsignal mit einer festen Schaltfrequenz entsprechend einer Spannungsmodussteuerung (VMC) in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt mit einem geringen Laststrom durch. Daher kann in dem diskontinuierlichen Stromabschnitt der bidirektionale Schaltwandler 110 in einem Pulsefrequenzmodulations(PFM)-Modus betrieben werden, um zu verhindern, dass sich die Schaltfrequenz ändert.
  • Der Controller 120 kann einen Modusübergang aus einer Mehrzahl von Schaltmodi des bidirektionalen Schaltwandlers 110 steuern, z. B. den Vorwärts-Abwärts-Modus, den Rückwärts-Aufwärts-Modus und den Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus. Zudem kann der Controller 120 den Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 derart steuern, dass ein Spannungspegel einer Ausgangsspannung gleich oder ähnlich einem Sollspannungspegel in der Mehrzahl von Schaltmodi ist.
  • Der Controller 120 kann Steuersignale und Schaltsignale zum Steuern des Schaltvorgangs in jedem Schaltmodus des bidirektionalen Schaltwandlers 110 erzeugen. Der Controller 120 kann zum Beispiel einen Erfassungsstrom und eine Spannung von dem bidirektionalen Schaltwandler 110 empfangen und die Steuersignale und die Schaltsignale basierend auf dem Erfassungsstrom und der Spannung erzeugen.
  • Bei einer Ausführungsform kann der Controller 120 im Rückwärts-Aufwärts-Modus den zweiten Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 entsprechend VCMC in dem kontinuierlichen Stromabschnitt steuern und den zweiten Schaltvorgang basierend auf einem Schaltsignal mit einer festen Schaltfrequenz entsprechend VMC in dem diskontinuierlichen Stromabschnitt steuern.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Lade-IC 100 zumindest eine von verschiedenen Funktionen unterstützen, wie beispielsweise eine Funktion für eine Unterspannungssperre (Under-Voltage Lockout, UVLO), um unter Energiesparbedingungen zweckmäßig zu funktionieren, eine Funktion zum Überstromschutz (Over-Current Protection, OCP), eine Funktion zum Überspannungsschutz (Over-Voltage Protection, OVP), eine Sanftanlauffunktion, um einen Einschaltstrom zu reduzieren, eine Foldback-Strombegrenzungsfunktion, einen Hiccup-Modus zum Schützen eines Kurzschlusses, eine Funktion zum Übertemperaturschutz (Over-Temperature Protection, OTP) usw.
  • Bei einer Ausführungsform unterstützt die elektronische Vorrichtung 10 Laden sowohl per Kabel als auch drahtlos, und umfasst eine erste Leistungsschnittstelle 310 für Laden per Kabel und eine zweite Leistungsschnittstelle 320 für drahtloses Laden. Bei einer Ausführungsform kann die erste Leistungsschnittstelle 310 als Kabel-Leistungsschnittstelle implementiert sein und kann eine Kabel-Ladeschaltung umfassen. Bei einer Ausführungsform kann die erste Leistungsschnittstelle 320 als verdrahtete Leistungsschnittstelle implementiert sein und kann eine drahtlose Ladeschaltung umfassen. Die Kabel-Ladeschaltung und die drahtlose Ladeschaltung können zum Beispiel jeweils einen Gleichrichter, einen Regler und dergleichen umfassen.
  • Bei dem Vorwärts-Abwärts-Modus kann die Lade-IC 100 eine erste Eingangsspannung CHGIN von der ersten Leistungsschnittstelle 310 und/oder eine zweite Eingangsspannung WCIN von der zweiten Leistungsschnittstelle 320 erhalten und die Batterie 200 basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN und/oder der zweiten Eingangsspannung WCIN aufladen.
  • Die Lade-IC 100 kann der ersten Leistungsschnittstelle 310 und/oder der zweiten Leistungsschnittstelle 320 basierend auf einer Spannung der Batterie 200 in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus Leistung bereitstellen.
  • Bei dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus kann die Lade-IC 100 die erste Eingangsspannung CHGIN von der ersten Leistungsschnittstelle 310 erhalten und die Batterie 200 basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN laden, oder der zweiten Leistungsschnittstelle 320 Leistung basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN bereitstellen. Alternativ kann die Lade-IC 100 die zweite Eingangsspannung WCIN von der zweiten Leistungsschnittstelle 320 erhalten und die Batterie 200 basierend auf der zweiten Eingangsspannung WCIN laden, oder der ersten Schnittstelle 310 Leistung basierend auf der zweiten Eingangsspannung WCIN bereitstellen. Ein Laden der Batterie 200 und ein Bereitstellen von Leistung für die erste Leistungsschnittstelle 310 oder die zweite Leistungsschnittstelle 320 können gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Die Lade-IC 100 kann der zweiten Leistungsschnittstelle 320 Leistung basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN und der Spannung der Batterie 200 bereitstellen oder der ersten Leistungsschnittstelle 310 Leistung basierend auf der zweiten Eingangsspannung WCIN und der Spannung der Batterie 200 bereitstellen.
  • Zum Beispiel können ein Reiseadapter (TA) oder eine Zusatzbatterie mit der ersten Leistungsschnittstelle 310 elektrisch verbunden sein. Der TA kann zugeführte Leistung von Wechselstrom (AC) oder von einer anderen Leistungszufuhrquelle in Gleichstromleistung umwandeln, die erforderlich ist, um die Batterie 200 zu laden, und kann die umgewandelte Leistung der elektronischen Vorrichtung 10 bereitstellen. Die Wechselstromleistung kann zum Beispiel eine Haushaltsleistung mit einer Spannung von 110 V bis 220 V sein und die andere Leistungszufuhrquelle kann ein Computer sein. In dem Vorwärts-Abwärts-Modus oder dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus kann die Lade-IC 100 die Batterie 200 aufladen, indem sie die erste Eingangsspannung CHGIN verwendet, die sie von einem TA, einer Zusatzbatterie usw. erhält, oder der zweiten Leistungsschnittstelle 320 Leistung bereitstellen.
  • Zum Beispiel kann eine On-The-Go(OTG)-Vorrichtung (z. B. eine OTG-Universal-Serial-Bus(USB)-Vorrichtung usw.) mit der ersten Leistungsschnittstelle 310 verbunden sein und die Lade-IC 100 kann der OTG-Vorrichtung Leistung durch die erste Leistungsschnittstelle 310 bereitstellen. Die Lade-IC 100 kann der OTG-Vorrichtung in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus Leistung basierend auf der Spannung der Batterie 200 bereitstellen oder, während die Batterie 200 geladen wird, der OTG-Vorrichtung in dem Vorwärts-Abwärts-Modus basierend auf der zweiten Eingangsspannung WCIN von der zweiten Leistungsschnittstelle 320 Leistung bereitstellen.
  • Es können zum Beispiel eine drahtlose Leistungsempfangsschaltung oder eine drahtlose Leistungsübertragungsschaltung mit der zweiten Leistungsschnittstelle 320 verbunden sein. In dem Vorwärts-Abwärts-Modus oder dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus kann die Lade-IC 100 die Batterie 200 aufladen, indem sie die zweite Eingangsspannung WCIN verwendet, die sie von der drahtlosen Leistungsempfangsschaltung erhält. Alternativ kann die Lade-IC 100 der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung durch die zweite Leistungsschnittstelle 320 Leistung bereitstellen. Die Lade-IC 100 kann in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung Leistung basierend auf der Spannung der Batterie 200 bereitstellen oder, während die Batterie 200 geladen wird, der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung in dem Vorwärts-Abwärts-Modus basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN von der ersten Leistungsschnittstelle 310 Leistung bereitstellen.
  • Wie oben beschrieben, unterstützt die elektronische Vorrichtung 10 Laden per Kabel und drahtloses Laden, und die Lade-IC 100 ist in der Lage, in einer Mehrzahl von Schaltmodi betrieben zu werden, einschließlich des Vorwärts-Abwärts-Modus, des Rückwärts-Aufwärts-Modus und des Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus, um Laden per Kabel und/oder kabelloses Laden, Laden per Kabel mit drahtloser Leistungszufuhr, und drahtloses Laden mit Leistungszufuhr per Kabel, und einen nahtlosen Modusübergang zwischen dem Vorwärts-Abwärts-Modus, dem Rückwärts-Aufwärts-Modus und dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus für eine stabile drahtlose Leistungszufuhr oder eine Kabel-Leistungszufuhr trotz einer instabilen Eingabeleistungsquelle zu unterstützen.
  • Die Lade-IC 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts kann basierend auf einem Erfassungsstrom, der ein erfasster Strom eines bidirektionalen Stroms ist, der durch einen Schalttransistor fließt, der in dem bidirektionalen Schaltwandler 110 umfasst ist, ohne separate, zusätzliche Steuerung entsprechend PCMC in dem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang betrieben werden und entsprechend VCMC in dem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang betrieben werden. Ferner kann die Lade-IC 100 eine Fehlerspannung basierend auf einer internen Spannung des bidirektionalen Schaltwandlers 110 erzeugen und Schaltvorgänge der Mehrzahl an Schaltmodi basierend auf der Fehlerspannung steuern, wodurch ein nahtloser Modusübergang erzielt wird. Ferner kann die Lade-IC 100 basierend auf der festen Schaltfrequenz in dem diskontinuierlichen Stromabschnitt in dem Aufwärtsmodus betrieben werden, wodurch verhindert wird, dass durch Ändern eines Steuerverfahrens ein Überstrom erzeugt wird.
  • 2 ist ein Schaltbild, das einen bidirektionalen Schaltwandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Bezug nehmend auf 2 umfasst der bidirektionale Schaltwandler 110 eine Eingangs-/Ausgangs-Auswahlschaltung 111 und einen Schaltkreis 112.
  • Die Eingangs-/Ausgangs-Auswahlschaltung 111 umfasst einen ersten Eingangstransistor QI1 und einen zweiten Eingangstransistor QI2. Der erste Eingangstransistor QI1 ist mit einem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 und einem ersten Knoten N1 verbunden und der zweite Eingangstransistor QI2 ist mit einem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 und dem ersten Knoten N1 verbunden. Die Eingangs-/Ausgangs-Auswahlschaltung 111 kann ferner einen ersten Kondensator C1 umfassen, der mit dem ersten Knoten N1 und einem Knoten, der eine Masse bereitstellt, um eine Eingangsspannung oder eine Ausgangsspannung zu stabilisieren, verbunden ist.
  • Der erste Eingangstransistor QI1 kann ansprechend auf ein erstes Eingangssteuersignal SI1 ein- oder ausgeschaltet werden und der zweite Eingangstransistor QI2 kann ansprechend auf ein zweites Eingangssteuersignal SI2 ein-oder ausgeschaltet werden. Das erste Eingangssteuersignal SI1 kann an einem Gate des ersten Eingangstransistors QI1 angelegt werden und das zweite Eingangssteuersignal SI2 kann an einem Gate des zweiten Eingangstransistors QI2 angelegt werden. Wenn zum Beispiel die erste Eingangsspannung CHGIN an dem ersten Eingangs-/AusgangsAnschluss IO1 angelegt wird oder eine erste Kabel-Leistungsschnittstelle (z. B. 310 in 1) mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 verbunden wird, kann das erste Eingangssteuersignal SI1 einen aktiven Pegel aufweisen und der erste Eingangstransistor QI1 kann ansprechend auf das erste Eingangssteuersignal SI1 eingeschaltet werden. Wenn die zweite Eingangsspannung WCIN an dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 angelegt wird oder die zweite drahtlose Leistungsschnittstelle (z. B. 320 in 2) mit dem zweiten Eingangs-/AusgangsAnschluss 102 verbunden wird, kann das zweite Eingangssteuersignal SI2 einen aktiven Pegel aufweisen und der zweite Eingangstransistor QI2 kann ansprechend auf das zweite Eingangssteuersignal SI2 eingeschaltet werden. Das erste Eingangssteuersignal SI1 und das zweite Eingangssteuersignal SI2 kann von einem Controller (120 in 1) erhalten werden.
  • Der Schaltkreis 112 umfasst einen ersten Schalttransistor Q1, einen zweiten Schalttransistor Q2, einen bidirektionalen Stromsensor BCS, einen Induktor L und einen zweiten Kondensator C2.
  • Der erste Schalttransistor Q1 ist zwischen den ersten Knoten N1 und den zweiten Knoten N2 geschaltet und der zweite Schalttransistor Q2 ist zwischen den zweiten Knoten N2 und einen Knoten, der eine Masse GND bereitstellt, geschaltet. Der zweite Knoten N2 kann als Schaltmodus bezeichnet werden.
  • Der erste Schalttransistor Q1 kann ansprechend auf ein erstes Schaltsignal SS1 ein-oder ausgeschaltet werden und das zweite Schaltsignal Q2 kann ansprechend auf ein zweites Schaltsignal SS2 ein- oder ausgeschaltet werden. Bei einer Ausführungsform sind das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 periodische Signale mit Frequenzen, die sich entsprechend einer Abwärtswandlungsrate in dem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang und einer Aufwärtswandlungsrate in dem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang ändert. Bei einer Ausführungsform sind in einem kontinuierlichen Stromabschnitt des Vorwärts-Abwärts-Modus, des Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus und des Rückwärts-Aufwärts-Modus das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 komplementäre Signale.
  • Der Induktor L ist zwischen den zweiten Knoten N2 und dem dritten Knoten N3 geschaltet und kann entsprechend einem Ein oder Aus des ersten Schalttransistors Q1 und des zweiten Schalttransistors Q2 geladen oder entladen werden. Der zweite Kondensator C2 ist zwischen den dritten Knoten N3 und einen Knoten, der eine Masse bereitstellt, geschaltet. Der dritte Knoten N3 kann ein Eingangs-/Ausgangs-Knoten sein. Der dritte Knoten N3 kann ein Ausgangsknoten sein, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Abwärtswandlungsvorgang durchführt, und der dritte Knoten N3 kann ein Eingangsknoten sein, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Aufwärtswandlungsvorgang durchführt.
  • Gemäß dem Abwärtswandlungsvorgang und dem Aufwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 kann sich eine Richtung eines Stroms IL, der durch den Induktor L fließt (nachfolgend als Induktorstrom bezeichnet), ändern. Der Induktorstrom IL kann in einer Richtung von dem zweiten Knoten N2 zu dem dritten Knoten N3 (z. B. einer Vorwärtsrichtung) fließen, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführt, und der Induktorstrom IL kann in einer Richtung von dem dritten Knoten N3 zu dem zweiten Knoten N2 (z. B. einer Rückwärtsrichtung) fließen, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführt.
  • Der bidirektionale Stromsensor BCS kann einen Strom (nachfolgend „erster Strom“) erfassen, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt. In dem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 kann der erste Strom durch den ersten Knoten N1 an den zweiten Knoten N2 fließen und in dem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 kann der erste Strom von dem zweiten Knoten N2 zu dem ersten Knoten N1 fließen. Der bidirektionale Stromsensor BCS kann den bidirektionalen ersten Strom erfassen, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt, um einen Erfassungsstrom ISEN zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform erzeugt der bidirektionale Stromsensor BCS einen Spiegelstrom, der von dem ersten Strom gespiegelt wird, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt, und fügt einen Offset zu dem Spiegelstrom hinzu, um den Erfassungsstrom ISEN zu erzeugen. Zwischen dem ersten Knoten N1 und dem dritten Knoten N3 kann eine Richtung des Induktorstroms IL und eine Richtung des ersten Stroms gleich sein und der Erfassungsstrom ISEN kann mit dem Induktorstrom IL zusammenhängen.
  • Eine Spannung des ersten Knotens N1 (z. B. eine Bypass-Spannung VBYP) und der Erfassungsstrom ISEN können dem Controller (120 in 1) bereitgestellt werden und der Controller 120 kann ein erstes Schaltsignal SS1 und ein zweites Schaltsignal SS2 basierend auf der Bypass-Spannung VBYP und dem Erfassungsstromsignal ISEN erzeugen.
  • Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann in einem Teilabschnitt des Vorwärts-Abwärts-Modus oder des Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus als Abwärtswandler betrieben werden und die erste Eingangsspannung CHGIN und/oder die zweite Eingangsspannung WCIN abwärtswandeln, um eine abwärts gewandelte Ausgangsspannung (z. B. eine erste Ausgangspannung) zu erzeugen. Die erste Ausgangsspannung kann durch den dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 als Systemspannung VSYS ausgegeben werden. Die erste Ausgangsspannung kann auch die Batterie 200 laden. Die Batterie 200 kann einen internen Widerstand RINT umfassen und eine Batteriespannung VBAT der geladenen Batterie 200 kann gleich der ersten Ausgangsspannung sein.
  • Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann als Aufwärtswandler in einem anderen Teilabschnitt des Rückwärts-Aufwärts-Modus oder des Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben werden und die Batteriespannung VBAT aufwärtswandeln, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen (z. B. eine zweite Ausgangsspannung). Die zweite Ausgangsspannung kann durch den ersten Knoten N1 und an zumindest einem aus dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 und dem zweiten Eingangs-/AusgangsAnschluss IO2 ausgegeben werden und der bidirektionale Schaltwandler 110 kann einer ersten Leistungsschnittstelle (310 aus 1) und/oder einer zweiten Leistungsschnittstelle (320 aus 1) basierend auf der zweiten Ausgangsspannung Leistung bereitstellen.
  • 3A und 3B zeigen einen Leistungspfad in einem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang eines bidirektionalen Schaltwandlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts. In 3A wird angenommen, dass die erste Eingangsspannung CHGIN an dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO 1 angelegt wird, und in 3B wird angenommen, dass die erste Eingangsspannung CHGIN an dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 angelegt wird und eine drahtlose Leistungsübertragungsschaltung TX mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 verbunden ist.
  • Bezug nehmend auf 3A kann die erste Eingangsspannung CHGIN von einer ersten Eingabeleistungsquelle angelegt werden, z. B. der ersten Leistungsschnittstelle 310 aus 2, und der erste Eingangstransistor QI1 kann ansprechend darauf, dass das erste Eingangssteuersignal SI1 den aktiven Pegel aufweist, eingeschaltet werden. Das zweite Eingangssteuersignal SI2 kann einen inaktiven Pegel haben und der zweite Eingangstransistor QI2 kann ansprechend auf das zweite Eingangssteuersignal SI2 ausgeschaltet werden.
  • Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN durchführen, um die Batterie 200 aufzuladen und die Leistung einem internen System einer elektronischen Vorrichtung zuzuführen (10 aus 1). Wenn der erste Schalttransistor Q1 ansprechend darauf, dass das erste Schaltsignal SS1 den aktiven Pegel aufweist, eingeschaltet wird, kann ein Strom, der von der ersten Eingangsleistungsquelle zugeführt wird, der Batterie 200 und/oder einem internen System der elektronischen Vorrichtung 10 durch den Induktor L bereitgestellt werden. Daher kann ein Leistungspfad von dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 zu einem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 gebildet sein. Hier kann der erste Leistungspfad in der Richtung von dem ersten Knoten N1 zu dem dritten Knoten N3 als Vorwärtsabwärtswandlungs(F_Buck)-Leistungspfad bezeichnet sein.
  • Bezug nehmend auf 3B kann die zweite Leistungsschnittstelle (320 in 1), z. B. die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung TX, mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 verbunden sein, und der zweite Eingangstransistor QI2 kann ansprechend darauf, dass das zweite Eingangssteuersignal SI2 den aktiven Pegel aufweist, eingeschaltet werden.
  • Die erste Eingabeleistungsquelle kann der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX durch den ersten Eingangstransistor QI1 und den zweiten Eingangstransistor QI2 Leistung bereitstellen. Daher kann zusätzlich zu einem Vorwärts-Abwärtswandlungs-Leistungspfad von dem ersten Eingangs-/AusgangsAnschluss IO1 zu dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3, welcher entsprechend dem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 gebildet wird, ein Leistungspfad von dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 gebildet werden.
  • 3A und 3B zeigen den Vorwärts-Abwärtswandlungs(F_Buck)Leistungspfad, der von dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 zu dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 gebildet wird, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang basierend auf der ersten Eingangsspannung CHGIN durchführt, die von der ersten Leistungsschnittstelle 310 bereitgestellt wird. Allerdings ist das erfinderische Konzept nicht darauf beschränkt und der bidirektionale Schaltwandler 110 kann den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang basierend auf der zweiten Eingangsspannung WCIN durchführen, die von der drahtlosen Leistungsschnittstelle bereitgestellt wird, der Vorwärts-Abwärtswandlungs(F_Buck)-Leistungspfad kann von dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 zu dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 gebildet werden und ein Leistungspfad kann von dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 zu dem ersten Eingangs-/AusgangsAnschluss IO1 gebildet werden.
  • 4A und 4B zeigen einen Leistungspfad in einem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang eines bidirektionalen Schaltwandlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts. In 4A wird angenommen, dass die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung TX mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 verbunden ist und die erste Eingangsspannung CHGIN an dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 angelegt wird.
  • Bezug nehmend auf 4A wird der zweite Eingangstransistor QI2 ansprechend darauf, dass das zweite Eingangssteuersignal SI2 den aktiven Pegel aufweist, eingeschaltet. Das erste Eingangssteuersignal SI1 kann den inaktiven Pegel haben und der erste Eingangstransistor QI1 wird ansprechend auf das erste Eingangssteuersignal SI1 ausgeschaltet.
  • Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang basierend auf einer Eingangsspannung durchführen, die der Batterie 200 bereitgestellt wird, z. B. die Batteriespannung VBAT, um der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX einen Strom bereitzustellen, der von der Batterie 200 bereitgestellt wird. Daher kann ein Leistungspfad von dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 gebildet werden. Hier kann der zweite Leistungspfad von dem dritten Knoten N3 zu dem ersten Knoten N1 als Rückwärtsaufwärtswandlungs(R_Boost)-Leistungspfad bezeichnet sein.
  • Bezug nehmend auf 4B kann die erste Eingangsspannung CHGIN an dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 angelegt sein. Ein Strom, der von der ersten Eingangsleistungsquelle zur Bereitstellung der ersten Eingangsspannung CHGIN zugeführt wird, z. B. der ersten Leistungsschnittstelle 310 und der Batterie 200 aus 2, kann durch den zweiten Eingangsanschluss IO2 der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX bereitgestellt werden. Der erste Eingangstransistor QI1 wird ansprechend darauf, dass das erste Eingangssteuersignal SI1 den aktiven Pegel aufweist, eingeschaltet.
  • Die erste Eingabeleistungsquelle kann der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX durch den ersten Eingangstransistor QI1 und den zweiten Eingangstransistor QI2 Leistung bereitstellen. Daher kann zusätzlich zu einem Rückwärtsaufwärts-Leistungspfad von dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2, welcher entsprechend dem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 gebildet wird, ein Leistungspfad von dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 gebildet werden.
  • Wenn zum Beispiel die erste Eingabeleistungsquelle der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX Leistung bereitstellt und die von der ersten Eingabeleistungsquelle bereitgestellte Leistung nicht einen in der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX erforderlichen Leistungspegel erreicht, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführen, wodurch der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX zusätzliche Leistung von der Batterie 200 bereitgestellt wird.
  • 4A und 4B zeigen den Vorwärtsabwärtswandlungs(R_Boost)-Leistungspfad, der von dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO2 gebildet wird, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Rückwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführt, um der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung TX, die mit dem zweiten Eingangs-/AusgangsAnschluss IO2 verbunden ist, Leistung bereitzustellen. Allerdings ist das erfinderische Konzept nicht darauf beschränkt und der bidirektionale Schaltwandler 110 kann den Rückwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführen, um einer Vorrichtung Leistung bereitzustellen, die mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 verbunden ist, z. B. eine OTG-Vorrichtung, und es kann der Rückwärts-Aufwärtswandlungs(R_Boost)-Leistungspfad von dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO3 zu dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Anschluss IO1 gebildet werden.
  • 5 ist ein Wellenformdiagramm, das Schaltsignale, einen Zustand eines Abwärtswandlers und einen Induktorstrom gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler einen Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführt. Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 2.
  • Bezug nehmend auf 2 und 5 kann der bidirektionale Schaltwandler 110 ansprechend auf das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführen. Das heißt, der bidirektionale Schaltwandler 110 kann als Abwärtswandler betrieben werden.
  • Das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 können eine spezifische Frequenz haben. Bei einer Ausführungsform hat das zweite Schaltsignal SS2 einen inaktiven Pegel, wenn das erste Schaltsignal SS1 einen aktiven Pegel hat, und das erste Schaltsignal SS1 hat einen inaktiven Pegel, wenn das zweite Schaltsignal SS2 einen aktiven Pegel hat. Bei einer Ausführungsform sind das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 komplementäre Signale.
  • Der erste Schalttransistor Q1 und der zweite Schalttransistor Q2 können ansprechend auf jeweils das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 betrieben werden. Der erste Schalttransistor Q1 kann eingeschaltet werden, wenn das erste Schaltsignal SS1 den aktiven Pegel (z. B. logisches High) aufweist, und der erste Schalttransistor Q1 kann ausgeschaltet werden, wenn das erste Schaltsignal SS1 den inaktiven Pegel aufweist (z. B. logisches Low). Der zweite Schalttransistor Q2 kann eingeschaltet werden, wenn das zweite Schaltsignal SS2 den aktiven Pegel (z. B. logisches High) aufweist, und der zweite Schalttransistor Q2 kann ausgeschaltet werden, wenn das zweite Schaltsignal SS2 den inaktiven Pegel aufweist (z. B. logisches Low).
  • Ein eingeschalteter Zustand und ein ausgeschalteter Zustand des Abwärtswandlers können basierend auf einem Zustand des ersten Schalttransistors Q1 bestimmt werden. Wenn der erste Schalttransistor Q1 in einem eingeschalteten Zustand ist, ist der Abwärtswandler in dem eingeschalteten Zustand. Der zweite Schalttransistor Q2 kann in einem ausgeschalteten Zustand sein. Ein Strom, der von mindestens einer Eingabeleistungsquelle bereitgestellt wird, welche die erste Eingangsspannung CHGIN und/oder die zweite Eingangsspannung WCIN bereitstellt, kann einer Last bereitgestellt werden, z. B. der Batterie 200 und/oder einem System durch den Induktor L. Der Induktor L kann geladen werden (Energie speichern) und es kann eine Ausgangsspannung erzeugt werden, die niedriger ist als eine Eingangsspannung. Der Induktorstrom IL in der Vorwärtsrichtung (der Richtung von dem zweiten Knoten N2 zu dem dritten Knoten N3), der durch den Induktor L fließt, kann im Laufe der Zeit linear steigen.
  • Wenn der erste Schalttransistor Q1 in dem ausgeschalteten Zustand ist, ist der Abwärtswandler in dem ausgeschalteten Zustand. Der zweite Schalttransistor Q2 kann in dem eingeschalteten Zustand sein und der Induktorstrom IL wird anhand von Energie erzeugt, die in dem Induktor gespeichert ist, und kann der Last bereitgestellt werden. In diesem Fall kann der Induktorstrom IL in der Vorwärtsrichtung im Laufe der Zeit linear sinken.
  • Der eingeschaltete Zustand und der ausgeschaltete Zustand des Abwärtswandlers können in allen Perioden T wiederholt werden, sodass eine Ausgangsspannung, die eine abwärtsgewandelte Eingangsspannung ist, erzeugt werden kann. Ein Verhältnis einer Ausgangsspannung zu einer Eingangsspannung kann durch ein Verhältnis einer Zeitdauer D eines eingeschalteten Zustands bezüglich einer Periode T des Abwärtswandlers bestimmt werden, d. h. einem Tastverhältnis.
  • 6 ist ein Wellenformdiagramm, das Schaltsignale, einen Zustand eines Abwärtswandlers und einen Induktorstrom zeigt, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler einen Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts. Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 2.
  • Bezug nehmend auf 2 und 6 führt der bidirektionale Schaltwandler 110 ansprechend auf das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durch. Das heißt, der bidirektionale Schaltwandler 110 kann als Aufwärtswandler betrieben werden.
  • Das erste Schaltsignal SS1, das zweite Schaltsignal SS2 und Vorgänge des ersten Schalttransistors Q1 und des zweiten Schalttransistors Q2 basierend auf dem ersten Schaltsignal SS1 und dem zweiten Schaltsignal SS2 sind oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben und daher wird auf eine redundante Beschreibung verzichtet.
  • Ein eingeschalteter Zustand und ein ausgeschalteter Zustand des Aufwärtswandlers können basierend auf einem Zustand des ersten Schalttransistors Q2 bestimmt werden. Wenn der zweite Schalttransistor Q2 in dem eingeschalteten Zustand ist, ist der Aufwärtswandler in dem eingeschalteten Zustand. Der erste Schalttransistor Q1 kann in dem ausgeschalteten Zustand sein. Der Strom, der von der Batterie 200 bereitgestellt wird, kann durch einen geschlossenen Schaltkreis fließen, der durch den Induktor L und den zweiten Schalttransistor Q2 gebildet wird, und kann den Induktor L laden. Ein Absolutwert des Induktorstroms IL in der umgekehrten Richtung kann im Laufe der Zeit linear steigen.
  • Wenn der zweite Schalttransistor Q2 in dem ausgeschalteten Zustand ist, ist der Aufwärtswandler in dem ausgeschalteten Zustand. Der erste Schalttransistor Q1 ist in dem eingeschalteten Zustand, und zusätzlich zu dem Strom, der aus der Eingabeleistungsquelle, z. B. der Batterie 200, ausgegeben wird, während der in den Induktor L geladene Strom entladen wird, und kann eine Ausgangsspannung erzeugt werden, die höher ist als eine Eingangsspannung, z. B. die Batteriespannung VBAT.
  • Der Strom, der aus der Batterie 200 ausgegeben wird, und der Strom, der aus dem Induktor L ausgegeben wird, können der ersten Leistungsschnittstelle 310, z. B. der OTG-Vorrichtung, und/oder der zweiten Leistungsschnittstelle 320, z. B. der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung, bereitgestellt werden. Ein Absolutwert des Induktorstroms IL in der umgekehrten Richtung (der Richtung von dem dritten Knoten N3 zu dem zweiten Knoten N2), der durch den Induktor L fließt, kann im Laufe der Zeit linear sinken.
  • Der eingeschaltete Zustand und der ausgeschaltete Zustand des Aufwärtswandlers können in allen Perioden T wiederholt werden, sodass eine Ausgangsspannung, die eine aufwärtsgewandelte Eingangsspannung ist, erzeugt werden kann. Ein Verhältnis der Ausgangsspannung zu der Eingangsspannung kann durch ein Verhältnis der Zeitdauer D des eingeschalteten Zustands bezüglich der Periode T des Aufwärtswandlers bestimmt werden, d. h. einem Tastverhältnis.
  • 7 ist ein Graph, der einen Induktorstrom und einen Erfassungsstrom eines bidirektionalen Schaltwandlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Bezug nehmend auf 2 und 7 kann der Induktorstrom IL einen positiven Wert aufweisen, wenn der Induktorstrom IL in der Vorwärtsrichtung fließt, z. B. von dem zweiten Knoten N2 zu dem dritten Knoten N3, und der Induktorstrom IL kann einen negativen Wert aufweisen, wenn der Induktorstrom IL in der umgekehrten Richtung fließt, z. B. von dem dritten Knoten N3 zu dem zweiten Knoten N2.
  • Wenn der Induktorstrom IL einen positiven Wert aufweist, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 den Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchführen. In einer Periode, in welcher der Induktorstrom IL einen positiven Wert aufweist und die Menge an Strom steigt, wird der erste Schalttransistor Q1 eingeschaltet und der zweite Schalttransistor Q2 ausgeschaltet, sodass der Strom, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt, der gleiche sein kann wie der Induktorstrom IL.
  • Wenn der Induktorstrom IL einen negativen Wert hat, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführen. Der Induktorstrom IL hat einen negativen Wert und in einer Periode, in welcher die Menge an Strom sinkt, d. h. ein Absolutwert des Induktorstroms IL sinkt, wird der erste Schalttransistor Q1 eingeschaltet und der zweite Schalttransistor Q2 ausgeschaltet, sodass der Strom, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt, der gleiche sein kann wie der Induktorstrom IL.
  • Wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann der bidirektionale Stromsensor BCS den Erfassungsstrom ISEN erzeugen, indem er den ersten Strom erfasst, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt. Der erste Strom kann einen positiven Wert oder einen negativen Wert aufweisen und ein Offset kann zu dem ersten Strom hinzugefügt werden, sodass der Erfassungsstrom ISEN mit einem positiven Wert erzeugt werden kann.
  • In einer Periode, in welcher der Induktorstrom IL einen positiven Wert aufweist und die Menge an Strom abnimmt, und in einer Periode, in welcher der Induktorstrom IL einen negativen Wert aufweist und die Menge an Strom steigt, das heißt, in einer Periode, in welcher der Absolutwert des Induktorstroms IL steigt, ist der erste Schalttransistor Q1 in dem ausgeschalteten Zustand, der Strom fließt nicht und der Erfassungsstrom ISEN kann ,,0" sein.
  • Wenn der Schaltvorgang des Abwärtswandlers und des Aufwärtswandlers gesteuert wird, kann der Controller 120 einen Schaltvorgang basierend auf einem Spitzenstrom eines Hauptschalttransistors steuern, der die eingeschalteten Zustände des Abwärtswandlers und des Aufwärtswandlers bestimmt. Das heißt, Zeitdauern der eingeschalteten Zustände des Abwärtswandlers und des Aufwärtswandlers können basierend auf dem Spitzenstrom des Hauptschalttransistors bestimmt werden. Der Controller 120 kann zum Beispiel einen Schaltvorgang basierend auf dem Spitzenstrom des ersten Schalttransistors Q1 steuern, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Abwärtswandlungsvorgang durchführt, und der Controller 120 kann den Schaltvorgang basierend auf dem Spitzenstrom des zweiten Schalttransistors Q2 durchführen, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Aufwärtswandlungsvorgang durchführt.
  • Wenn allerdings der Schaltvorgang auf diese Weise basierend auf unterschiedlichen Erfassungssignalen (z. B. dem Strom des ersten Schalttransistors Q1 und dem Strom des zweiten Schalttransistors Q2) entsprechend dem Umwandlungsbetrieb des bidirektionalen Schaltwandlers 110 gesteuert wird, kann es bei einem Übergang zwischen dem Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang und dem Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang aufgrund einer Diskontinuität zwischen den Erfassungssignalen zu einer Diskontinuität von Überschwingen oder Unterschwingen kommen.
  • Um dies zu verhindern erfasst der bidirektionale Stromsensor BCS bei der Lade-IC (100 in 1) entsprechend einer Ausführungsform des erfinderischen Konzepts den ersten Strom, der bidirektional durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt, und der bidirektionale Schaltwandler 110 steuert den Schaltvorgang basierend auf dem Spitzenstrom des ersten Stroms, wenn der Vorwärts-Abwärtswandlungsvorgang durchgeführt wird, und steuert den Schaltvorgang basierend auf einem Talstrom des ersten Stroms, wenn der Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchgeführt wird.
  • 8 ist ein Blockschaltbild, das schematisch einen Controller, der einen bidirektionalen Schaltwandler steuert, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Bezug nehmend auf 8 umfasst der Controller 120 einen Modulator 121, eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Logik 122, einen Gate-Treiber 123 und eine Stromerfassungsschaltung 124.
  • Der Modulator 121 kann die Bypass-Spannung VBYP und das Erfassungsstromsignal ISEN erhalten und basierend darauf ein Tastverhältnissteuersignal CSD erzeugen. Der Modulator 121 kann eine Fehlerspannung (VERR in 9) basierend auf der Bypass-Spannung VBYP erzeugen, eine Rampenspannung (VRMP in 9) basierend auf dem Erfassungsstrom ISEN erzeugen, und die Fehlerspannung VERR mit der Rampenspannung VRMP vergleichen, um das Tastverhältnissteuersignal CSD zu erzeugen. Das Tastverhältnissteuersignal CSD kann ein PWM-Signal mit einem logischen High-Pegel und einem logischen Low-Pegel sein, die in einer Periode wiederholt werden.
  • Die PWM-Logik 122 kann basierend auf dem Tastverhältnissteuersignal CSD ein erstes PWM-Signal PWM1 und ein zweites PWM-Signal PWM2 erzeugen. Bei einer Ausführungsform wird ein Tastverhältnis des ersten PWM-Signals PWM1 basierend auf dem Tastverhältnissteuersignal CSD bestimmt und das zweite PWM-Signal PWM2 ist ein komplementäres Signal des ersten PWM-Signals PWM1.
  • Der Gate-Treiber 123 kann das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 basierend auf dem ersten PWM-Signal PWM1 und dem zweiten PWM-Signal PWM2 erzeugen. Der Gate-Treiber 123 kann einen Pegelumsetzer umfassen und Spannungspegel des ersten PWM-Signals PWM1 und des zweiten PWM-Signals PWM2 anpassen, um das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 zu erzeugen, welche Spannungspegel zum Ein- und Ausschalten des ersten Eingangstransistors (Q1 in 2) und des zweiten Eingangstransistors (Q2 in 2) aufweisen.
  • Der Gate-Treiber 123 kann ein Überstromschutzsignal OCP von der Stromerfassungsschaltung 124 empfangen und eine Dauer eines aktiven Pegels des ersten Schaltsignals SS1 oder des zweiten Schaltsignals SS2 basierend auf dem Überstromschutzsignal OCP steuern. Der Gate-Treiber 123 kann zum Beispiel das erste Schaltsignal SS1 auf ein logisches Low schalten, wenn das Überstromschutzsignal OCP erzeugt wird. Daher kann der erste Schalttransistor Q1 ausgeschaltet werden, wodurch verhindert wird, dass ein Überstrom durch den Induktor L oder den unbeabsichtigten Induktorstrom IL in der umgekehrten Richtung fließt.
  • Die Stromerfassungsschaltung 124 kann das Überstromschutzsignal OCP basierend auf dem Erfassungsstrom ISEN erzeugen. Das heißt, die Stromerfassungsschaltung 124 kann das Überstromschutzsignal OCP basierend auf dem ersten Strom erzeugen, der durch den ersten Schalttransistor fließt (Q1 in 2). Wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus oder dem Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben wird, kann das Überstromschutzsignal OCP ein Nullstromerfassungssignal sein, das angibt, dass der Induktorstrom IL „0“ beträgt.
  • Bei einer Ausführungsform erzeugt die Stromerfassungsschaltung 124 das Überstromschutzsignal OCP, wenn der Erfassungsstrom ISEN größer gleich einem ersten Referenzwert ist oder kleiner gleich einem zweiten Referenzwert ist. Bei jedem Schaltmodus, der den Vorwärts-Abwärts-Modus, den Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus und den Rückwärts-Aufwärts-Modus umfasst, können der erste Referenzwert und der zweite Referenzwert unterschiedlich eingestellt sein.
  • 9 ist ein Schaltbild, das schematisch einen Modulator aus 8 zeigt.
  • Bezug nehmend auf 9 umfasst der Modulator 121 einen Spannungsteiler 11, einen Puffer 12, eine Fehlerverstärkungsschaltung 13, eine Rampenspannung-Erzeugungsschaltung 14 und ein Set-Reset(SR)-Latch 16.
  • Der Spannungsteiler 11 kann einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2 umfassen und die Bypass-Spannung VBYP teilen, indem der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 verwendet werden, um eine Rückführspannung VFB auszugeben. Der Puffer 12 kann die Rückführspannung VFB puffern.
  • Die Fehlerverstärkungsschaltung 13 kann die Fehlerspannung VERR basierend auf einer Referenzspannung VREF und der Rückführspannung VFB erzeugen. Die Fehlerverstärkungsschaltung 13 kann einen Verstärker AMP umfassen (z. B. einen Differenzverstärker, einen Transkonduktanzverstärker (Operational Transconductance Amplifier, OTA), usw.) und passive Elemente Z1 und Z2, wie beispielsweise Widerstände und einen Kondensator. Die Referenzspannung VREF kann an einem ersten Eingangsanschluss (+) des Verstärkers AMP angelegt sein, die passiven Elemente Z1 und Z2 können mit einem zweiten Eingangsanschluss (-) des Verstärkers AMP verbunden sein, und die gepufferte Rückführspannung kann an dem passiven Element Z1 angelegt sein. Ein Widerstand und ein Kondensator können zwischen den zweiten Eingangsanschluss (-) des Verstärkers AMP und den Ausgangsanschluss geschaltet sein. Eine Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung VREF und der gepufferten Rückführspannung kann entsprechend einem Impedanzverhältnis zwischen passiven Elementen verstärkt werden, sodass sie als Fehlerspannung VERR ausgegeben wird.
  • Die Rampenspannung-Erzeugungsschaltung 14 kann die Rampenspannung VRMP für einen Vergleich mit der Fehlerspannung VERR basierend auf dem Erfassungsstrom ISEN erzeugen. Die Rampenspannung-Erzeugungsschaltung 14 kann einen Sägezahnwellengenerator SV, einen Widerstand und einen Addierer AD umfassen. Der Erfassungsstrom ISEN kann an den Widerstand angelegt werden, sodass eine Erfassungsspannung VSEN erzeugt werden kann. Wie in 7 gezeigt, kann der Erfassungsstrom ISEN ein Blinkzeichen sein und die Erfassungsspannung VSEN kann ein Blinkzeichen sein. Der Sägezahnwellengenerator SV kann eine Sägezahnwellen-Rampenspannung VSRM bereitstellen, und der Addierer AD kann eine Rampenspannung VRMP erzeugen, indem er die Sägezahnwellen-Rampenspannung VSRM zu der Erfassungsspannung VSEN addiert. Das heißt, die Rampenspannung-Erzeugungsschaltung 14 kann die Rampenspannung VRMP erzeugen, indem sie die Erfassungsspannung VSEN basierend auf der Sägezahnwellen-Rampenspannung VSRM kompensiert.
  • Ein Komparator 15 kann die Fehlerspannung VERR mit der Rampenspannung VRMP vergleichen. Der Komparator 15 kann ein logisches Low-Signal ausgeben, wenn die Fehlerspannung VERR höher ist als die Rampenspannung VRMP und der Komparator 15 kann ein logisches High-Signal ausgeben, wenn die Fehlerspannung VERR kleiner gleich der Rampenspannung VRMP ist.
  • Das SR-Latch 16 kann ein Referenz-Tastverhältnissteuersignal CSD basierend auf einem Taktsignal CLK und einem Ausgangssignal des Komparators 15 erzeugen. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 15 logisch Low ist und das Taktsignal CLK logisch high ist, kann das Tastverhältnissteuersignal CSD logisch high sein, und selbst wenn das Taktsignal CLK zu logischem Low umgeschaltet wird, kann das Tastverhältnissteuersignal CSD ein logisches High beibehalten. Danach, wenn das Ausgangssignal des Komparators 15 zu einem logischen High umgeschaltet wird, kann das SR-Latch 16 so zurückgesetzt werden, dass das Tastverhältnissteuersignal CSD zu einem logischen Low umgeschaltet werden kann. Das Tastverhältnissteuersignal CSD kann eine bestimmte Frequenz entsprechend dem Taktsignal CLK aufweisen, und eine Dauer (d. h. eine EIN-Dauer), während der das erste Schaltsignal SS1 und das zweite Schaltsignal SS2 aktive Pegel aufweisen, kann entsprechend einer logischen High-Dauer des Tastverhältnissteuersignals CSD bestimmt werden.
  • Wie oben unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben, kann die Lade-IC (100 in 1) gemäß einer Ausführungsform des erfinderischen Konzepts einen Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 basierend auf dem Erfassungsstrom ISEN steuern, der erzeugt wird, indem ein bidirektionaler Strom, der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließt, sowie die Fehlerspannung VERR erfasst wird. Ein erster Schaltvorgang in dem Vorwärts-Abwärts-Modus, ein zweiter Schaltvorgang in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus und ein dritter Schaltvorgang in dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus in dem bidirektionalen Schaltwandler 110 können alle basierend auf dem Erfassungsstrom ISEN und der Fehlerspannung VERR gesteuert werden, wodurch ein nahtloser Modusübergang zwischen den Modi erzielt wird.
  • 10 ist ein Graph, der einen Induktorstrom und Steuersignale zeigt, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler in einem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts.
  • In dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus muss der Induktorstrom II, bidirektional fließen, sodass der bidirektionale Schaltwandler 110 in einem erzwungenen Continuous Conduction Mode (CCM) betrieben werden kann. Der zweite Referenzwert zum Einstellen einer Nullstromerfassung wird übermäßig niedrig eingestellt, sodass das Überstromschutzsignal OCP, das basierend auf dem Strom des ersten Schalttransistors Q1 erzeugt wird, nicht erzeugt wird. Daher kann der Induktorstrom II, bidirektional fließen.
  • Wenn das Taktsignal CLK von einem logischen Low zu einem logischen High umgeschaltet wird, kann das erste Schaltsignal SS1 von einem Low-Pegel zu einem High-Pegel umgeschaltet werden und das zweite Schaltsignal SS2 kann von einem High-Pegel (einem Ein-Pegel) zu einem Low-Pegel (einem Aus-Pegel) umgeschaltet werden. Die Rampenspannung VRMP kann ansteigen. Der Induktorstrom IL kann steigen und selbst wenn der Induktorstrom IL von einem negativen Wert auf „0“ steigt, wird das Überstromschutzsignal OCP nicht erzeugt, sodass der Induktorstrom IL auf einen positiven Wert steigen kann.
  • Wenn die Rampenspannung VRMP gleich der Fehlerspannung VERR wird, kann das erste Schaltsignal SS1 von dem High-Pegel zu dem Low-Pegel umgeschaltet werden und das zweite Schaltsignal SS2 kann von dem Low-Pegel zu dem High-Pegel umgeschaltet werden. Daher kann der Induktorstrom IL sinken. Die Rampenspannung VRMP kann zurückgesetzt werden.
  • Danach, wenn das Taktsignal CLK von einem logischen Low zu einem logischen High umgeschaltet wird, kann das erste Schaltsignal SS1 von dem Low-Pegel zu dem High-Pegel umgeschaltet werden und das zweite Schaltsignal SS2 kann von dem High-Pegel (dem Ein-Pegel) zu dem Low-Pegel (dem Aus-Pegel) umgeschaltet werden, und der oben beschriebene Betrieb kann wiederholt werden.
  • Entsprechend kann die Ein-Dauer des ersten Schaltsignals SS1 und die Aus-Dauer des zweiten Schaltsignals SS2 basierend auf der Rampenspannung VRMP bestimmt werden, die basierend auf dem Erfassungsstrom (ISEN in 9) und der Fehlerspannung VERR erzeugt wird.
  • Indessen kann für eine stabile Leistungszufuhr ein Übergang von dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus (dem Aufwärts-Abwärts-Komplex-Modus) zu dem Vorwärts-Abwärts-Modus (dem Abwärts-Single-Modus) mit einem bestehenden Abwärtswandlungsvorgang implementiert werden. Allerdings ist ein Übergang von dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus zu dem Rückwärts-Aufwärts-Modus (dem Rückwärts-Single-Modus) mit einem bestehenden Aufwärtswandlungsvorgang schwierig zu implementieren.
  • Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 gemäß VCMC betrieben werden, wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführt. Bei VCMC, wenn ein Laststrom sinkt, d. h. der Absolutwert des Induktorstroms IL sinkt, kommt es zu einem Modusübergang von dem CCM in den PFM-Modus und in dem PFM-Modus wird ein Schaltvorgang basierend auf einer Ausgangsspannung hysteresisch gesteuert, sodass die Fehlerspannung VERR nicht kontinuierlich in einem CCM-Betriebsabschnitt und in einem PFM-Betriebsabschnitt gesteuert wird, und daher ist ein nahtloser Modusübergang schwierig zu erzielen.
  • Die Lade-IC 100 gemäß einer Ausführungsform des erfinderischen Konzepts kann in einem Discontinuous Conduction Mode (DCM) mit einer festen Frequenz in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben werden, um einen Übergang von dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus in den Rückwärts-Aufwärts-Modus zu erleichtern. Dies wird unter Bezugnahme auf 11A bis 11C beschrieben.
  • 11A, 11B und 11C sind Graphen, die Signale gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigen, wenn ein bidirektionaler Schaltwandler einen Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang durchführt.
  • 11A, 11B und 11C zeigen eine Schaltvorgangssteuerung des bidirektionalen Schaltwandlers 110, wenn der Induktorstrom II, einen negativen Wert aufweist, wobei 11A eine Schaltvorgangssteuerung gemäß VCMC in einem erzwungenen Continuous-Conduction-Abschnitt zeigt, 11B eine Schaltvorgangssteuerung entsprechend PCMC in einem Continuous-Conduction-Abschnitt zeigt und 11C eine Schaltvorgangssteuerung entsprechend VMC in einem Discontinuous-Conduction-Abschnitt zeigt.
  • Bezug nehmend auf 11A und 11B, wenn die Rampenspannung VRMP größer gleich der Fehlerspannung VERR wird, kann das erste Schaltsignal SS1 von dem aktiven Pegel zu dem inaktiven Pegel umgeschaltet werden und das zweite Schaltsignal SS2 kann von dem inaktivem Pegel zu dem aktiven Pegel umgeschaltet werden. Daher kann der erste Schalttransistor (Q1 in 2) ausgeschaltet sein und der zweite Schalttransistor (Q2 in 2) kann eingeschaltet sein.
  • Bezug nehmend auf 11C kann, wenn das Überstromschutzsignal OCP erzeugt wird, während der Induktorstrom II, „0“ wird, das erste Schaltsignal SS1 von dem aktiven Pegel zu dem inaktiven Pegel umgeschaltet werden und der erste Schalttransistor Q1 kann ansprechend auf das erste Schaltsignal SS1 ausgeschaltet wurden. In diesem Fall wird der erste Schalttransistor Q1 nicht basierend auf der Fehlerspannung VERR, die durch VCMC gesteuert wird, ausgeschaltet, sodass eine Steuerung zum Einschalten des zweiten Schalttransistors Q2 erforderlich ist.
  • Wie in 11C gezeigt, kann, wenn das erste Schaltsignal SS1 aufgrund der Erzeugung des Überstromschutzsignals OCP von dem aktiven Pegel in den inaktiven Pegel umgeschaltet wird, die Rampenspannung VRMP steigen, ohne zurückgesetzt zu werden, und das zweite Schaltsignal SS2 kann zu einer Zeit, zu der die Rampenspannung VAMP die Fehlerspannung VERR erreicht, von dem Low-Pegel in den High-Pegel umgeschaltet werden, sodass der zweite Schalttransistor Q2 eingeschaltet werden kann. Daher kann der bidirektionale Schaltwandler 110 den Rückwärts-Aufwärtswandlungsvorgang in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus durchführen und DCM kann entsprechend VMC implementiert werden, wenn die Menge eines Laststroms niedrig ist (d. h. ein Absolutwert eines mittleren Induktorstroms IL niedrig ist). In einem DCM-Abschnitt kann ein Schaltvorgang bei einer festen Frequenz gesteuert werden.
  • Wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben wird, kann der Schaltvorgang basierend auf der Fehlerspannung VERR entsprechend VCMC in einem CCM-Abschnitt und entsprechend VMC in einem DCM-Abschnitt gesteuert werden, wodurch ein nahtloser Betrieb implementiert wird.
  • 12 ist eine Wellenform, die einen Übergang von einer Mehrzahl von Schaltmodi eines bidirektionalen Schaltwandlers und Fehlerspannungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Bezug nehmend auf 12 kann der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem Vorwärts-Abwärts-Modus betrieben werden, wenn die erste Eingangsspannung CHGIN oder die zweite Eingangsspannung WCIN an der Lade-IC 100 angelegt wird. Wenn die erste Eingangsspannung CHGIN an der Lade-IC 100 angelegt wird und die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung TX mit der Lade-IC 100 verbunden ist oder wenn die zweite Eingangsspannung WCIN angelegt wird und die OTG-Vorrichtung OTG mit der Lade-IC 100 verbunden ist, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben werden. Wenn die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung TX oder die OTG-Vorrichtung OTG mit der Lade-IC 100 verbunden ist, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben werden.
  • Entsprechend kann der Schaltmodus des bidirektionalen Schaltwandlers 110 entsprechend einer Eingangsspannung bestimmt werden, die an der Lade-IC 100 angelegt wird, und einer Kabel-/drahtlosen Vorrichtung, die mit derselben verbunden ist, und ein Übergang zwischen Schaltmodi kann entsprechend einer Änderung der Eingangsspannung durchgeführt werden, die an dem Lade-IC 100 angelegt wird, und einer Änderung der Kabel-/drahtlosen Vorrichtung, die mit der Lade-IC 100 verbunden ist.
  • In dem Vorwärts-Abwärts(F_Buck)-Modus und dem Rückwärts-Aufwärts-Modus kann der bidirektionale Schaltwandler 110 in einem Puls-Skip-Modus (PSM), dem DCM und dem CCM entsprechend einem mittleren Induktorstrom IL_AVG betrieben werden. In einem Abschnitt, in dem der mittlere Induktorstrom IL_AVG sehr niedrig ist, d. h. der Absolutwert des mittleren Induktorstroms IL_AVG nahe „0“ ist, kann der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem PSM betrieben werden. In dem PSM kann der Schaltvorgang basierend auf der Fehlerspannung VERR gesteuert werden und es kann eine variable Schaltfrequenz verwendet werden. Der bidirektionale Schaltwandler 110 kann in dem DCM in einem Abschnitt betrieben werden, in dem der mittlere Induktorstrom IL_AVG niedrig ist (d. h. der Induktorstrom steigt oder sinkt auf „0“) und kann in dem CCM in einem Abschnitt betrieben werden, in dem der mittlere Induktorstrom ILAVG hoch ist.
  • In dem Vorwärts-Abwärtswandlung-Rückwärts-Aufwärtswandlungs(F_Buck-R-Boost)-Modus kann der bidirektionale Schaltwandler 110 in einem erzwungenen CCM betrieben werden, sodass der Induktorstrom bidirektional fließen kann.
  • Der Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 kann entsprechend PCMC in einem Abschnitt gesteuert werden, in dem der mittlere Induktorstrom IL_AVG einen positiven Wert aufweist, und der Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 kann entsprechend VCMC in einem Abschnitt gesteuert werden, in dem der mittlere Induktorstrom IL_AVG einen negativen Wert aufweist. Allerdings kann in dem Vorwärts-Abwärts-Modus und dem Rückwärts-Aufwärts-Modus in einem Abschnitt, in dem der mittlere Induktorstrom IL_AVG nahe „0“ liegt, der Schaltvorgang entsprechend dem PSM gesteuert werden. Wenn der bidirektionale Schaltwandler 110 in dem DCM in dem Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben wird, kann der Schaltvorgang entsprechend VMC gesteuert werden, wie oben unter Bezugnahme auf 11C beschrieben.
  • Der Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers 110 wird basierend auf der gleichen Fehlerspannung VERR in einer Mehrzahl von Schaltmodi gesteuert, wodurch ein nahtloser Modusübergang zwischen Schaltmodi ermöglicht wird.
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine elektronische Vorrichtung, die eine integrierten Ladeschaltung umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Bezug nehmend auf 13 umfasst eine elektronische Schaltung 20 die Lade-IC 100, die Batterie 200, die erste Leistungsschnittstelle 310, die zweite Leistungsschnittstelle 320 und einen Anwendungsprozessor 400. Die erste Leistungsschnittstelle 310 kann eine Kabel-Leistungsschnittstelle sein und die zweite Leistungsschnittstelle 320 kann eine drahtlose Leistungsschnittstelle sein. Vorgänge zwischen der Lade-IC 100, der Batterie 200, der ersten Leistungsschnittstelle 310 und der zweiten Leistungsschnittstelle 320 sind oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben und daher wird auf eine redundante Beschreibung derselben verzichtet.
  • In der elektronischen Vorrichtung 20 in 13 kann der Anwendungsprozessor 400 Vorrichtungen erkennen, die mit der ersten Leistungsschnittstelle 310 und der zweiten Leistungsschnittstelle 320 verbunden sind, oder Spannungen, die von der ersten Leistungsschnittstelle 310 und der zweiten Leistungsschnittstelle 320 bereitgestellt werden, z. B. der ersten Eingangsspannung CHGIN und der zweiten Eingangsspannung WCIN. Die Anwendungsprozessor 400 kann ein Modussignal MD entsprechend einer erkannten Schnittstellenvorrichtung oder Eingangsspannung erzeugen und dem Controller 120 oder der Lade-IC 100 das Modussignal MD bereitstellen.
  • Wenn zum Beispiel die erste Eingangsspannung CHGIN durch die erste Leistungsschnittstelle 310 angelegt wird und die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung mit der zweiten Leistungsschnittstelle 320 verbunden ist, kann der Anwendungsprozessor 400 die erste Eingangsspannung CHGIN und die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung erkennen und das Modussignal MD erzeugen, welches den Vorwärts-Abwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus angibt. Wenn die OTG-Vorrichtung mit der ersten Leistungsschnittstelle 310 verbunden ist oder die drahtlose Leistungsübertragungsschaltung mit der zweiten Leistungsschnittstelle 320 verbunden ist, kann der Anwendungsprozessor 400 das Modussignal MD erzeugen, das den Rückwärts-Aufwärts-Modus angibt.
  • Entsprechend kann der Anwendungsprozessor 400 das Modussignal MD erzeugen, das eine Mehrzahl von Schaltmodi angibt, und dieses dem Controller 120 bereitstellen. Der Controller 120 kann den bidirektionalen Schaltwandler 110 steuern, sodass er einen Schaltvorgang durchführt, der dem Modussignal MD entspricht.
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer elektronischen Vorrichtung, die eine Lade-IC umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts zeigt.
  • Die elektronische Vorrichtung 100 kann verschiedene elektronische Schaltungen umfassen. Die elektronischen Schaltungen der elektronischen Vorrichtung 1000 kann zum Beispiel einen Bildverarbeitungsblock 1100, einen Kommunikationsblock 1200, einen Audioverarbeitungsblock 1300, einen Pufferspeicher 1400, einen nichtflüchtigen Speicher 1500, eine Nutzerschnittstelle 1600, einen Hauptprozessor 1800 und eine Leistungsverwaltungsschaltung 1900 und eine Lade-IC 1910 umfassen.
  • Die elektronische Vorrichtung 1000 kann mit einer Batterie 1920 verbunden sein, die Leistung zuführen kann, die für den Betrieb der elektronischen Vorrichtung 1000 verwendet wird. Allerdings ist das erfinderische Konzept nicht darauf beschränkt und eine Leistung, die der elektronischen Vorrichtung 1000 zugeführt wird, kann von einer anderen internen/externen Leistungsquelle als der Batterie 1920 bereitgestellt werden.
  • Der Bildverarbeitungsblock 1100 kann Licht durch ein Objektiv 1110 empfangen. Ein Bildsensor 1120 und ein Bildsignalprozessor 1130, die in dem Bildverarbeitungsblock 1100 umfasst sind, können basierend auf dem empfangenen Licht Bildinformation erzeugen, die mit einem externen Objekt assoziiert ist.
  • Der Kommunikationsblock 1200 kann über eine Antenne 1210 Signale mit einer externen Vorrichtung/System austauschen. Ein Transceiver 1220 und ein Modulator/Demodulator (MODEM) 1230 des Kommunikationsblocks 1200 können die Signale, die mit der externen Vorrichtung/System ausgetauscht werden, entsprechend einem oder mehreren verschiedenen Kabel-/drahtlosen Kommunikationsprotokollen verarbeiten.
  • Der Audioverarbeitungsblock 1300 kann Toninformation unter Verwendung eines Audiosignalprozessors 1310 verarbeiten. Der Audioverarbeitungsblock 1300 kann Audio empfangen, welcher durch ein Mikrofon 1320 eingegeben wird, und Audio durch einen Lautsprecher 1330 ausgeben.
  • Der Pufferspeicher 1400 kann Daten speichern, die in dem Betrieb der elektronischen Vorrichtung 1000 verwendet werden. Der Pufferspeicher 1400 kann zum Beispiel vorübergehen Daten speichern, die durch den Hauptprozessor 1800 verarbeitet wurden oder von diesem noch verarbeitet werden. Der Pufferspeicher 1400 kann zum Beispiel einen flüchtigen Speicher umfassen, wie beispielsweise einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), einen dynamischen RAM (DRAM) oder einen synchronen DRAM (SDRAM) usw., und/oder einen nichtflüchtigen Speicher, wie beispielweise Phasenänderungs-RAM (PRAM), magnetoresistiven RAM (MRAM), resistiven RAM (ReRAM), ferroelektrischen RAM (FRAM), usw.
  • Der nichtflüchtige Speicher 1500 kann Daten unabhängig davon speichern, ob eine Leistung zugeführt wird. Der nichtflüchtige Speicher 1500 kann zum Beispiel zumindest einen aus verschiedenen nichtflüchtigen Speichern umfassen, wie beispielsweise Flash-Speicher, PRAM, MRAM, RERAM, FRAM usw. Als Beispiel kann der nichtflüchtige Speicher 1500 einen entfernbaren Speicher umfassen, wie beispielsweise eine Secure-Digital-(SD-)Karte oder eine Solid State Drive (SSD) und/oder einen integrierten Speicher, wie beispielsweise eine integrierte Multimedia-Karte (eMMC).
  • Die Nutzerschnittstelle 1600 kann bei einer Kommunikation zwischen einem Nutzer und der elektronischen Vorrichtung 1000 vermitteln. Die Nutzerschnittstelle 1600 kann zum Beispiel eine Eingabeschnittstelle umfassen, um eine Eingabe von dem Nutzer zu empfangen, und eine Ausgabeschnittstelle, um dem Nutzer Information bereitzustellen.
  • Der Hauptprozessor 1800 kann den Gesamtbetrieb der elektronischen Vorrichtung 1000 steuern. Der Hauptprozessor 1800 kann verschiedene Vorgänge verarbeiten, um die elektronische Vorrichtung 1000 zu betreiben. Als Beispiel kann der Hauptprozessor 1800 mit einem Universal-Prozessor, einem Spezial-Prozessor, einem Anwendungsprozessor, einem Mikroprozessor usw. implementiert sein, und er kann einen oder mehrere Prozessorkerne umfassen.
  • Die Leistungsverwaltungsschaltung 1900 kann den Komponenten der elektronischen Vorrichtung 1000 Leistung zuführen und Leistung verwalten. Die Leistungsverwaltungsschaltung 1900 kann zum Beispiel eine Systemspannung basierend auf der Leistung ausgeben, die von der Lade-IC 1910 und/oder der Batterie 1920 bereitgestellt wird. Gemäß den Temperaturen, Betriebsmodi (z. B. einem Leistungsmodus, einem Standbymodus, einem Schlafmodus) usw. der Komponenten, kann die Leistungsverwaltungsschaltung 1900 eine Frequenz jeder Komponente, einen Spannungspegel der bereitgestellten Systemspannung usw. anpassen.
  • Die Lade-IC 1910 kann die Batterie 1920 basierend auf der Leistung aufladen, die von der externen Leistungsquelle bereitgestellt wird, oder der Leistungsverwaltungsschaltung 1900 Leistung bereitstellen. Alternativ kann die Lade-IC 1910 der externen Vorrichtung Leistung durch eine Kabel- oder drahtlose Leistungsschnittstelle basierend auf der Leistung bereitstellen, die von der Batterie 1920 bereitgestellt wird.
  • Die Lade-IC 100, die unter Bezugnahme auf 1 bis 12 beschrieben ist, kann als Lade-IC 1910 an der elektronischen Vorrichtung 1000 angelegt werden. Die Lade-IC 100 kann einen bidirektionalen Schaltwandler umfassen. Der bidirektionale Schaltwandler kann in dem Vorwärts-Abwärts-Modus, dem Vorwärts-Rückwärts-Aufwärts-Modus und dem Rückwärts-Aufwärts-Modus betrieben werden. Der Schaltvorgang des bidirektionalen Schaltwandlers wird unter Verwendung der gleichen Fehlerspannung VERR und Erfassungsstroms in jedem Schaltmodus gesteuert, wodurch ein nahtloser Modusübergang zwischen Schaltmodi ermöglicht wird.
  • Obwohl das erfinderische Konzept mit Bezug auf Ausführungsformen desselben genau gezeigt und beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Veränderungen in der Form und den Details vorgenommen werden können, ohne von der Idee und dem Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020220006177 [0001]

Claims (20)

  1. Integrierte Ladeschaltung aufweisend: einen bidirektionalen Schaltwandler, der eingerichtet ist, eine erste Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er eine erste Eingangsspannung basierend auf einem ersten Schaltvorgang in einem Abwärtsmodus abwärtswandelt, eine zweite Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er eine zweite Eingangsspannung basierend auf einem zweiten Schaltvorgang in einem Aufwärtsmodus aufwärtswandelt, und die erste Ausgangsspannung oder die zweite Ausgangsspannung basierend auf einem dritten Schaltvorgang in einem Aufwärts-Abwärts-Modus zu erzeugen; und einen Controller, der eingerichtet ist, in dem Aufwärtsmodus den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Talstrom-Modussteuerung in einem kontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern und den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Spannungsmodussteuerung basierend auf einer fest eingestellten Schaltfrequenz in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern.
  2. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, eine Fehlerspannung basierend auf einer Rückführspannung von dem bidirektionalen Schaltwandler zu erzeugen und basierend auf der Fehlerspannung den ersten Schaltvorgang in dem Abwärtsmodus, den zweiten Schaltvorgang in dem Aufwärtsmodus und den dritten Schaltvorgang in dem Aufwärts-Abwärts-Modus zu steuern.
  3. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Schaltwandler aufweist: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten geschaltet ist; einen zweiten Transistor, der zwischen den zweiten Knoten und einen Knoten, der eine Masse bildet, geschaltet ist; einen Induktor, der zwischen einen dritten Knoten, von dem die erste Ausgangsspannung ausgegeben wird, oder an dem die zweite Eingangsspannung angelegt wird, und den zweiten Knoten geschaltet ist; einen Kondensator, der zwischen den dritten Knoten und einen Knoten, der die Masse bildet, geschaltet ist; und einen bidirektionalen Stromsensor, der eingerichtet ist, einen Erfassungsstrom zu erzeugen, indem er einen ersten Strom erfasst, der in einer Richtung von dem ersten Knoten zu dem zweiten Knoten und in einer Richtung von dem zweiten Knoten zu dem ersten Knoten durch den ersten Transistor fließt.
  4. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 3, wobei, wenn ein Induktorstrom, der von dem zweiten Knoten zu dem dritten Knoten durch den Induktor fließt, positiv ist und ein Absolutwert des Induktorstroms steigt und wenn der Induktorstrom negativ ist und der Absolutwert des Induktorstroms sinkt, der Erfassungsstrom steigt, und wenn der Induktorstrom positiv und ist und der Absolutwert sinkt und wenn der Induktorstrom negativ ist und der Absolutwert steigt, der Erfassungsstrom null ist.
  5. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 3, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, eine Rampenspannung, die basierend auf dem Erfassungsstrom erzeugt wird, mit einer Fehlerspannung, die basierend auf einer Ausgangsspannung des bidirektionalen Schaltwandlers erzeugt wird, zu vergleichen und ein Pulsweitenmodulationssignal zum Steuern eines Einschaltens und eines Ausschaltens des ersten Transistors und des zweiten Transistors basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.
  6. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 5, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, in dem diskontinuierlichen Stromabschnitt des Aufwärtsmodus den ersten Transistor dahingehend zu steuern, dass er eingeschaltet ist, wenn der erste Strom null ist, wenn der erste Transistor in einem eingeschalteten Zustand ist und der zweite Transistor in einem ausgeschalteten Zustand ist, und den zweiten Transistor dahingehend zu steuern, dass er ausgeschaltet wird, wenn die Rampenspannung derart steigt, dass sie die Fehlerspannung erreicht.
  7. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 3, wobei der Controller ferner eingerichtet ist: in dem Aufwärts-Abwärts-Modus basierend auf einem Stromerfassungssignal zu bestimmen, ob ein Induktorstrom, der von dem zweiten Knoten zu dem dritten Knoten durch den Induktor fließt, positiv oder negativ ist; und den dritten Schaltvorgang entsprechend der Spitzenstrom-Modussteuerung zu steuern, wenn der Induktorstrom positiv ist, und den dritten Schaltvorgang entsprechend einer Talstrom-Modussteuerung zu steuern, wenn der Induktorstrom negativ ist.
  8. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 3, wobei der bidirektionale Schaltwandler ferner eingerichtet ist: die erste Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er in dem Abwärtsmodus die erste Eingangsspannung, die an dem ersten Knoten eingegeben wird, abwärtswandelt, und die erste Ausgangsspannung durch den dritten Knoten ausgibt; und die zweite Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er in dem Aufwärtsmodus die zweite Eingangsspannung, die an dem dritten Knoten eingegeben wird, aufwärtswandelt, und die zweite Ausgangsspannung durch den ersten Knoten ausgibt.
  9. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Schaltwandler ferner eingerichtet ist: in dem Abwärtsmodus und dem Aufwärts-Abwärts-Modus die erste Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er die erste Eingangsspannung, die von einer ersten externen Vorrichtung bereitgestellt wird, abwärtswandelt, und eine Batterie basierend auf der ersten Ausgangsspannung zu laden; und die zweite Ausgangsspannung zu erzeugen, indem er in dem Aufwärtsmodus und dem Aufwärts-Abwärts-Modus die zweite Eingangsspannung, die von der Batterie bereitgestellt wird, aufwärtswandelt und einer zweiten externen Vorrichtung Leistung basierend auf der zweiten Ausgangsspannung zuführt.
  10. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 9, wobei die erste externe Vorrichtung in dem Abwärtsmodus betrieben wird, wenn die erste externe Vorrichtung elektrisch mit dem bidirektionalen Schaltwandler verbunden ist, die erste externe Vorrichtung und die zweite externe Vorrichtung in dem Aufwärts-Abwärts-Modus betrieben werden, wenn die erste externe Vorrichtung und die zweite externe Vorrichtung elektrisch mit dem bidirektionalen Schaltwandler verbunden sind, und die zweite externe Vorrichtung in dem Aufwärtsmodus betrieben wird, wenn die zweite externe Vorrichtung elektrisch mit dem bidirektionalen Schaltwandler verbunden ist.
  11. Elektronische Vorrichtung aufweisend: eine Batterie; eine integrierte Ladeschaltung, die eingerichtet ist, die Batterie zu laden, indem sie in einem Abwärtsmodus eine erste Spannung, die durch einen ersten Knoten eingegeben wird, abwärtswandelt, eine erste Leistung durch den ersten Knoten auszugeben, indem sie eine zweite Spannung, mit der die Batterie geladen wird, in einem Aufwärtsmodus aufwärtswandelt, in einem Aufwärts-Abwärts-Modus die Batterie zu laden oder die erste Leistung auszugeben, und basierend auf einem Schaltsignal mit einer fest eingestellten Frequenz entsprechend einer Spannungsmodussteuerung in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt in dem Aufwärtsmodus betrieben zu werden; eine erste Leistungsschnittstelle, die eingerichtet ist, der integrierten Ladeschaltung die erste Spannung bereitzustellen; und eine zweite Leistungsschnittstelle, die eingerichtet ist, die erste Leistung zu empfangen.
  12. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Leistungsschnittstelle eine verdrahtete Ladeschaltung aufweist, und die zweite Leistungsschnittstelle eine drahtlose Ladeschaltung aufweist.
  13. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die integrierte Ladeschaltung aufweist: einen Gleichstrom(DC)-DC-Wandler, der eingerichtet ist, einen Abwärtswandlungsvorgang durch einen ersten Leistungspfad in einer ersten Richtung durchzuführen oder einen Aufwärtswandlungsvorgang durch einen zweiten Leistungspfad in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung basierend auf einem Schaltvorgang durchzuführen; und einen Controller, der eingerichtet ist, den Schaltvorgang eines bidirektionalen Schaltwandlers zu steuern.
  14. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, eine Fehlerspannung basierend auf einer Spannung des ersten Knotens zu erzeugen und das Schaltsignal basierend auf der Fehlerspannung in dem Abwärtsmodus, dem Aufwärtsmodus und dem Aufwärts-Abwärts-Modus zu steuern.
  15. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der DC-DC-Wandler aufweist: einen ersten Transistor, der zwischen den ersten Knoten und einen zweiten Knoten geschaltet ist; einen zweiten Transistor, der zwischen den zweiten Knoten und einen Knoten, der eine Masse bildet, geschaltet ist; einen Induktor, der zwischen den zweiten Knoten und einem dritten Knoten geschaltet ist; einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Knoten und einen Knoten, der die Masse bildet, geschaltet ist; einen zweiten Kondensator, der zwischen den dritten Knoten und einen Knoten, der die Masse bildet, geschaltet ist; und einen Stromsensor, der eingerichtet ist, einen bidirektionalen Strom zu erfassen, der durch den ersten Transistor fließt.
  16. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, nahtlos zwischen dem Abwärtsmodus, dem Aufwärtsmodus und dem Aufwärts-Abwärts-Modus basierend auf einem Stromerfassungssignal umzuschalten, das von dem Stromsensor ausgegeben wird.
  17. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der DC-DC-Wandler aufweist: einen ersten Schalter, der zwischen einen ersten Eingangs-/Ausgangs-Knoten und den ersten Knoten geschaltet ist, und eingeschaltet ist, wenn die erste Leistungsschnittstelle, mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Knoten verbunden ist; und einen vierten Transistor, der zwischen einen zweiten Eingangs-/Ausgangs-Knoten und den ersten Knoten geschaltet ist, und eingeschaltet ist, wenn die zweite Leistungsschnittstelle, mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Knoten verbunden ist.
  18. Integrierte Ladeschaltung zum Laden einer Batterie, wobei die integrierte Ladeschaltung aufweist: einen bidirektionalen Schaltwandler, der eingerichtet ist, in einem Abwärtsmodus die Batterie zu laden, indem er einen ersten Leistungspfad in einer ersten Richtung basierend auf einem ersten Schaltvorgang bildet, in einem Aufwärtsmodus einer externen Vorrichtung basierend auf einer Spannung, mit der die Batterie geladen wird, Leistung bereitzustellen, indem er einen zweiten Leistungspfad in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, basierend auf einem zweiten Schaltvorgang bildet, und in einem Aufwärts-Abwärts-Modus die Batterie zu laden oder der externen Vorrichtung die Leistung basierend auf einem dritten Schaltvorgang bereitzustellen; und einen Controller, der eingerichtet ist, eine Fehlerspannung, die eine Differenz zwischen einem Spannungspegel einer Ausgangsspannung und einem Zielspannungspegel angibt, basierend auf einer Ausgangsspannung des bidirektionalen Schaltwandlers zu erzeugen, und den ersten Schaltvorgang in dem Abwärtsmodus, den zweiten Schaltvorgang in dem Aufwärtsmodus und den dritten Schaltvorgang in dem Aufwärts-Abwärts-Modus basierend auf der Fehlerspannung zu steuern.
  19. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 18, wobei der Controller ferner eingerichtet ist, in dem Aufwärtsmodus den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Talstrom-Modussteuerung in einem kontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern und den zweiten Schaltvorgang entsprechend einer Spannungsmodussteuerung basierend auf einer fest eingestellten Schaltfrequenz in einem diskontinuierlichen Stromabschnitt zu steuern.
  20. Integrierte Ladeschaltung nach Anspruch 18, wobei der bidirektionale Schaltwandler aufweist: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten geschaltet ist; einen zweiten Transistor, der zwischen den zweiten Knoten und einen Knoten, der eine Masse bildet, geschaltet ist; einen Induktor, der zwischen einen dritten Knoten, von dem die erste Ausgangsspannung ausgegeben wird, oder an dem die zweite Eingangsspannung angelegt wird, und den zweiten Knoten geschaltet ist; einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Knoten und einen Knoten, der die Masse bildet, geschaltet ist; einen zweiten Kondensator, der zwischen den dritten Knoten und einen Knoten, der die Masse bildet, geschaltet ist; und einen bidirektionalen Stromsensor, der eingerichtet ist, ein Stromerfassungssignal zu erzeugen, indem er einen ersten Strom erfasst, der bidirektional durch den ersten Transistor fließt.
DE102023100084.5A 2022-01-14 2023-01-03 Integrierte Ladeschaltung mit einem bidirektionalen Schaltwandler und elektronische Vorrichtung mit derselben Pending DE102023100084A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220006177A KR20230110093A (ko) 2022-01-14 2022-01-14 양방향 스위칭 컨버터를 포함하는 충전 집적 회로, 및 이를 포함하는 전자 장치
KR10-2022-0006177 2022-01-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023100084A1 true DE102023100084A1 (de) 2023-07-20

Family

ID=86990404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023100084.5A Pending DE102023100084A1 (de) 2022-01-14 2023-01-03 Integrierte Ladeschaltung mit einem bidirektionalen Schaltwandler und elektronische Vorrichtung mit derselben

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230231479A1 (de)
KR (1) KR20230110093A (de)
CN (1) CN116455013A (de)
DE (1) DE102023100084A1 (de)
TW (1) TW202341603A (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006177A (ko) 2020-07-08 2022-01-17 주식회사 동희산업 차량용 서스펜션 부품의 용접부 진공 세척장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006177A (ko) 2020-07-08 2022-01-17 주식회사 동희산업 차량용 서스펜션 부품의 용접부 진공 세척장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN116455013A (zh) 2023-07-18
TW202341603A (zh) 2023-10-16
US20230231479A1 (en) 2023-07-20
KR20230110093A (ko) 2023-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60220109T2 (de) Gleichstrom-Gleichstromwandler, Stromversorgungsschaltung, und Verfahren zur Steuerung derselben
DE102016101808A1 (de) Spannungswandler für Leistungsverwaltung
DE69807991T2 (de) Synchrontaktregler in dem Schalterspannungsabfall als Strommessung benutzt wird
DE60224896T2 (de) Schaltungen und Verfahren zum Synchronisieren von Schaltreglern mit nicht-konstanter Frequenz durch eine Phasenregelschleife
US9362829B2 (en) Voltage regulation associated with a switching converter and a set of linear regulators
US8593125B1 (en) Buck DC-DC converter with dual feedback control
US6130526A (en) Voltage regulator with wide control bandwidth
DE102020204966A1 (de) Leistungsverwaltungsschaltung
DE102015226525B4 (de) Schaltung und Verfahren für eine maximale Arbeitszyklus-Begrenzung in Schaltwandlern
EP2973972A1 (de) Arbeitszyklusabhängige neigungskompensation für einen strommodus-schaltregler
DE102015221414B4 (de) Schaltung und Verfahren zur Begrenzung des maximalen Tastverhältnisses in Aufwärtsumsetzern
DE102013203320A1 (de) System und Verfahren zum Batteriemanagement
DE112020007356T5 (de) Simo-dc-dc-wandler
KR20190024710A (ko) Dc-dc 컨버터에서 피드백 전류를 생성하기 위한 시스템들 및 방법들
EP3844864B1 (de) Digital unterstützte dynamische mehrmoden-stromversorgungsschaltung
US10110037B2 (en) Battery charging circuit, control circuit and associated control method
US11424672B2 (en) Current limiting for a boost converter
DE112019002303T5 (de) Selbstoptimierende nullstrom-detektionsschaltung
US11831241B2 (en) Three-level buck converter configurable for two-level buck converter mode operation
DE102020200874A1 (de) System und Verfahren zum Betreiben eines Schaltwandlers bei geringer Last
DE102019206014A1 (de) Zweistufiger mehrphasiger schaltstromrichter mit zwischenstufenphasenabschaltsteuerung
US10389222B2 (en) Systems and methods for sensing current in a power converter
DE102023100084A1 (de) Integrierte Ladeschaltung mit einem bidirektionalen Schaltwandler und elektronische Vorrichtung mit derselben
US12081125B2 (en) Control circuit of DC/DC converter, power supply circuit, and electronic device
US10958168B2 (en) Techniques for controlling a single-inductor multiple-output (SIMO) switched-mode power supply (SMPS)

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed