DE10223771A1 - Switching voltage converter supplying e.g. motherboard makes direct use of digital adjustment signal to set and regulate output voltage - Google Patents

Switching voltage converter supplying e.g. motherboard makes direct use of digital adjustment signal to set and regulate output voltage

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DE10223771A1
DE10223771A1 DE2002123771 DE10223771A DE10223771A1 DE 10223771 A1 DE10223771 A1 DE 10223771A1 DE 2002123771 DE2002123771 DE 2002123771 DE 10223771 A DE10223771 A DE 10223771A DE 10223771 A1 DE10223771 A1 DE 10223771A1
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Abstract

The converter stage has input terminals to which an input voltage (Uin) is applied. Control signals (S1-S4) are applied to control inputs (IN1-IN4). The output voltage (Uout) appears at an output terminal (OUT). The ADC (20) includes a main and a further input, the latter supplied with a signal dependent on the output voltage. A digital filter (30) input is connected to the ADC output. Its second input is supplied with a digital adjustment signal (Es). Its output makes a digital regulation signal (RS) available. The control signal (S1-S4) is a function of the regulation signal. An Independent claim is included for the corresponding method.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltwandler mit einem digitalen Eingang und ein Verfahren zur Wandlung einer Eingangsspannung und eine Ausgangsspannung. The present invention relates to a switching converter having a digital input and a method for converting an input voltage and an output voltage.
  • Schaltwandler finden heutzutage vielfach Anwendung zur Spannungsversorgung einer Last mit variabler Leistungsaufnahme. Switching Converters are nowadays often use to power a load variable power consumption. Schaltwandler verschiedenster Ausgestaltung sind dabei in der Lage, aus einer Eingangsspannung eine nahezu konstante Ausgangsspannung über einen weiten Lastbereich zur Verfügung zu stellen. Switching converter verschiedenster embodiment are able to provide a nearly constant output voltage over a wide load range is available from an input voltage.
  • Derzeit verfügbare Schaltwandler sind allerdings nur in der Lage, analoge Eingangsgrößen zu verarbeiten, dh die der Last zur Verfügung gestellte Ausgangsspannung abhängig von einer analogen Eingangsgröße bereitzustellen. However, currently available switching converters are only able to process analog inputs, that provide the load made available output voltage depending on an analog input value. Bei Anwendungen, bei welchen digitale Einstellsignale zur Verfügung stehen, muss daher bislang ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen werden, der das digitale Einstellsignal in ein für den Schaltwandler verarbeitbares analoges Signal umwandelt. In applications in which digital setting signals are available, so far, a digital-to-analog converter has to be provided, which converts the digital setting signal in a processable for the switching converter analog signal. Die Zahl der Anwendungen, bei welchen digitale Einstellsignale zur Verfügung stehen, abhängig von denen eine Ausgangsspannung für eine Last bereitgestellt werden soll, nehmen stark zu. The number of applications in which digital setting signals are available, depending on which an output voltage to be provided to a load, take too much. Beispielhaft sei hier auf Spannungsversorgungsschaltungen für die Hauptplatine eines Computers hingewiesen. By way of example reference is made to the power supply circuits for the motherboard of a computer here. Bei neueren Generationen dieser Hauptplatinen bestimmt der auf der Hauptplatine angeordnete Prozessor den Wert der bereitzustellenden Versorgungsspannung, die lastunabhängig bereitgestellt werden soll und liefert ein entsprechendes digitales Einstellsignal. With newer generations of these motherboards of the disposed on the main board processor determines the value of the supply voltage to be provided which is to be provided independent of load, and provides a corresponding digital setting signal.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schaltwandler mit einem digitalen Eingang und ein Verfahren zur Wandlung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, wobei ein digitales Einstellsignal unmittelbar, dh ohne vorherige Digital-Analog-Wandlung, zur Einstellung einer nahezu lastunabhängigen Ausgangsspannung herangezogen werden kann. The aim of the present invention is to provide a switching converter having a digital input and a method for converting an input voltage into an output voltage, wherein a digital adjustment signal used directly, ie without prior digital-to-analog conversion for setting an almost load-independent output voltage can be.
  • Dieses Ziel wird durch einen Schaltwandler gemäß der Merkmale des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Wandlung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. This object is solved by a switching converter according to the features of claim 1 and by a method for converting an input voltage into an output voltage according to the features of patent claim 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are subject of the subclaims.
  • Der erfindungsgemäße Schaltwandler umfasst eine Wandlerstufe mit Eingangsklemmen zum Anlegen einer Eingangsspannung, wenigstens einem Ansteuereingang zur Zuführung eines Ansteuersignals und mit einer Ausgangsklemme, an der eine Ausgangsspannung bereitsteht. The switching converter according to the invention comprises a converter stage with input terminals for applying an input voltage, at least one control input for supplying a drive signal and an output terminal at which an output voltage is. Des weiteren ist ein Analog-Digital- Wandler vorgesehen, der einen Eingang aufweist, dem ein von der Ausgangsspannung abhängiges Signal zugeführt ist, und der einen Ausgang aufweist, an dem ein von der Ausgangsspannung abhängiges digitales Signal zur Verfügung steht. Furthermore, an analog to digital converter is provided which has an input to which a signal dependent on the output voltage is supplied, and having an output at which is a dependent on the output voltage digital signal. Dieses am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers anliegende digitale Signal ist einem ersten Eingang eines digitalen Filters zugeführt, welches einen zweiten Eingang aufweist, dem ein digitales Einstellsignal zugeführt ist, von dem die Ausgangsspannung abhängig ist. This present at the output of the analog-to-digital converter digital signal is supplied to a first input of a digital filter having a second input to which a digital setting signal is supplied from which the output voltage depends. An einem Ausgang dieses digitalen Filters steht ein digitales Regelsignal zur Verfügung. At an output of this digital filter is a digital control signal. Dem digitalen Filter ist eine Ansteuerlogik nachgeschaltet, die einen Eingang, dem das digitale Regelsignal zugeführt ist, und wenigstens einen Ausgang, an dem das wenigstens eine von dem Regelsignal abhängige Ansteuersignal für die Wandlerstufe zur Verfügung steht, aufweist. The digital filter is connected downstream of a control logic having an input to which the digital control signal is supplied, and at least one output at which is the one dependent on the control signal for the control signal converter stage is available at least.
  • Die Wandlerstufe umfasst vorzugsweise wenigstens zwei Schaltwandlereinheiten, die parallel geschaltet sind, dh deren Ausgänge gemeinsam an die Ausgangsklemme des Schaltwandlers angeschlossen sind, wobei die Ansteuerlogik eine der Anzahl der vorhandenen Schaltwandlereinheiten entsprechende Anzahl Ansteuersignale bereitstellt. The converter stage preferably comprises at least two switching converter units connected in parallel, that is, the outputs of which are connected in common to the output terminal of the switching converter, wherein the control logic provides a corresponding number to the number of switching units transducer drive signals. Die Schaltwandlereinheiten sind dabei so ausgebildet, dass sie abhängig von dem jeweiligen Ansteuersignal eingeschaltet oder ausgeschaltet sind, wodurch über die Anzahl der jeweils gleichzeitig eingeschalteten Schaltwandlereinheiten die Leistungsaufnahme und damit die Ausgangsspannung des Schaltwandlers regelbar ist. The switching converter units are designed so that they are dependent on or off by the respective control signal, whereby the number of simultaneously switched-on switching each transducer units the power consumption and thus the output voltage of the switching converter can be regulated.
  • Das digitale Filter, welchem das digitale Einstellsignal und das von der Ausgangsspannung abhängige digitale Signal zugeführt sind, dient als digitaler Regler, der das Regelverhalten des erfindungsgemäßen Schaltwandlers bestimmt. The digital filter to which the digital setting signal and the signal dependent on the output voltage digital signal are fed, is used which determines the control behavior of the switching converter according to the invention as a digital controller. Abhängig von Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Schaltwandlers kann dieser digitale Regler ein proportionales, ein proportional- integrales oder ein integrales Regelverhalten besitzen. Depending on the intended use of the switching converter according to the invention of the digital controller can have a proportional, proportional-integral one or an integral control behavior. Das am Ausgang des digitalen Reglers anliegende Regelsignal bestimmt über die Ansteuerlogik, wie viele und welche der Schaltwandlereinheiten eingeschaltet sein sollen, wobei die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers mit zunehmender Anzahl der eingeschalteten Schaltwandlereinheiten zunimmt. The signal present at the output of the digital controller control signal determined by the control logic, how many and which are to be switched, the switching converter units, the power consumption of the switch-mode converter with increasing number of switched-on switching converter units increases. Die einzelnen Schaltwandlereinheiten besitzen im eingeschalteten Zustand entweder jeweils dieselbe Leistungsaufnahme, sie können jedoch auch so gestaltet sein, dass sie unterschiedliche Leistungsaufnahmen im eingeschalteten Zustand besitzen. The individual switching converter units have when switched either each have the same power, but they can also be designed so that they have different power consumption when switched on.
  • Die Schaltwandlereinheiten können als beliebige Schaltwandler, die wenigstens einen Schalter zur Regelung der Leistungsaufnahme aufweisen, ausgebildet sein. The switching converter units may be formed as any switching converter having at least one switch for controlling the power consumption. Die Schaltwandlereinheiten können insbesondere jeweils als Abwärtswandler ausgebildet sein, das heißt eine im Vergleich zur Eingangsspannung kleinere Ausgangsspannung bereitstellen. The switching converter units can be designed as a down-converter in particular in each case, that is, provide a smaller output voltage compared to the input voltage.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Schaltwandlereinheiten einen Pulssignalgenerator zur Bereitstellung eines von dem jeweiligen Ansteuersignal abhängigen Ansteuersignal für den wenigstens einen Schalter aufweist, wobei der Pulssignalgenerator nach Maßgabe des Ansteuersignals ein getaktetes Ansteuersignal oder ein Ansteuersignal mit einer konstanten Amplitude bereitstellt. In one embodiment of the invention it is provided that each of the switching converter units comprises a pulse signal generator for providing a signal dependent on the respective driving signal drive signal for the at least one switch, wherein the pulse signal generator provides a pulsed drive signal or a driving signal having a constant amplitude in accordance with the drive signal. Die Schaltwandlereinheit ist eingeschaltet, wenn ein getaktetes Ansteuersignal durch den Pulssignalgenerator bereitgestellt wird, und die Schaltwandlereinheit ist ausgeschaltet, wenn der Pulssignalgenerator ein Ansteuersignal mit einer konstanten Amplitude bereitstellt. The shift converter unit is turned on when a pulsed drive signal provided by the pulse signal generator, and the shift converter unit is turned off when the pulse signal generator provides a driving signal having a constant amplitude. Damit die einzelnen Schaltwandlereinheiten in eingeschaltetem Zustand jeweils eine konstante Leistungsaufnahme besitzen, wie dies bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, besitzt das von dem Pulssignalgenerator bereitgestellte getaktete Ansteuersignal einen konstanten Duty-Cycle. So that the individual switching converter units in the switched state in each case have a constant power consumption, as provided in one embodiment of the invention, provided by the pulse signal generator clocked driving signal having a constant duty cycle.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Analog-Digital-Wandler, der die Ausgangsspannung bzw. ein von der Ausgangsspannung abhängiges Signal in ein digitales Signal wandelt, ein Integrierer oder ein Tiefpassfilter vorgeschaltet ist, welches eine Rückwirkung kurzfristiger Schwankungen der Ausgangsspannung auf den Regelkreis verhindert. In one embodiment of the invention it is provided that the Analog-to-digital converter that converts the output voltage or a dependent on the output voltage signal into a digital signal, an integrator or low pass filter is connected upstream of which a feedback of short-term fluctuations of the output voltage to the loop prevented. Der Integrierer besitzt vorzugsweise eine Zeitkonstante die nur wenige Perioden des Taktes beträgt, mit welchem das digitale Regelsignal bereitgestellt und die Schaltwandler abhängig von dem digitalen Regelsignal ein- bzw. ausgeschaltet werden. The integrator preferably has a time constant which is only a few periods of the clock, provided with which the digital control signal and switch the switching converter depending on the digital control signal on or off.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wandlung einer Eingangsspannung in eine von einem digitalen Einstellsignal abhängige Ausgangsspannung ist vorgesehen, eine Schaltwandlerstufe mit Eingangsklemmen zur Zuführung einer Eingangsspannung, Ausgangsklemmen zur Bereitstellung der Ausgangsspannung und mit einem Ansteuereingang bereitzustellen, ein von der Ausgangsspannung abhängiges Signal in ein digitales von der Ausgangsspannung abhängiges Signal zu wandeln, ein digitales Regelsignal bereitzustellen, das von einem digitalen Einstellsignal und dem digitalen von der Ausgangsspannung abhängigen Signal abhängig ist, und die Schaltwandlerstufe abhängig von dem digitalen Regelsignal anzusteuern. In the inventive method for converting an input voltage into a dependent of a digital setting signal output voltage is provided to provide a switching converter stage with input terminals for supplying an input voltage, output terminals for providing the output voltage and having a control input, a dependent on the output voltage signal into a digital from the to convert output voltage dependent signal to provide a digital control signal which is dependent on a digital setting signal and the digital dependent on the output voltage signal, and to drive the switching converter stage depending on the digital control signal.
  • Vorzugsweise umfasst die Schaltwandlerstufe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens zwei Schaltwandlereinheiten, die parallel an die Ausgangsklemme des Schaltwandlers angeschlossen ist und die abhängig von dem digitalen Regelsignal angesteuert werden. Preferably, the switching converter stage in the inventive process comprises at least two switching converter units connected in parallel to the output terminal of the switching converter and which are driven depending on the digital control signal. Vorzugsweise werden die Schaltwandlereinheiten der Schaltwandlerstufe abhängig von dem digitalen Regelsignal eingeschaltet oder ausgeschaltet, um dadurch die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers und über die Leistungsaufnahme die Ausgangsspannung des Schaltwandlers zu regeln. Preferably, the switching converter, the switching converter stage units are dependent on or off, thereby controlling the power consumption of the switching converter and the power consumption of the output voltage of the switching converter of the digital control signal.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. The present invention is explained in detail below with reference to figures. In den Figuren zeigt The figures show
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltwandlers mit einem digitalem Eingang und einer Wandlerstufe, an deren Ausgang eine Ausgangsspannung bereitsteht, Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of a switching converter according to the invention with a digital input and a converter stage, at whose output an output voltage is available,
  • Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltwandlereinheit der Wandlerstufe gemäß Fig. 1 Fig. 2 shows an embodiment of a shift conversion unit of the converter stage shown in FIG. 1
  • Fig. 3 beispielhafte zeitliche Verläufe ausgewählter in Fig. 2 eingezeichneter Signale, Figure 3 shows exemplary time curves. Selected drawn in in Fig. 2 signals,
  • Fig. 4 Ein- und Ausschaltschema der Schaltwandlereinheiten abhängig von dem Regelsignal ( Fig. 4a) und zeitliche Verläufe der Ansteuersignale der Schaltwandlereinheit abhängig von dem Regelsignal ( Fig. 4b), Fig. 4 inputs and Ausschaltschema the switching converter units depending on the control signal (Fig. 4a) and time profiles of the drive signals of the shift conversion unit depending on the control signal (Fig. 4b)
  • Fig. 5 Ein- und Ausschaltschema der Schaltwandlereinheiten abhängig von den einzelnen Bits des digitalen Regelsignals ( Fig. 5a) und Ausführungsbeispiel einer Ansteuerlogik zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für die Schaltwandlereinheiten abhängig von dem Bits des digitalen Regelsignals ( Fig. 5b), Fig. 5 inputs and Ausschaltschema the switching converter units depending on the individual bits of the digital control signal (Fig. 5a) and embodiment of a control logic for providing control signals for the switching converter units depending on the bits of the digital control signal (Fig. 5b)
  • Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ein- und Ausschaltschemas der Schaltwandlereinheit abhängig von dem zeitlichen Verlauf des Regelsignals, Fig. 6 shows another embodiment of an input and Ausschaltschemas the switching converter unit depending on the timing of the control signal,
  • Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Reglers des Schaltwandlers. Fig. 7 shows an embodiment of a digital controller of the switching converter.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. , Like reference numerals refer unless otherwise indicated in the figures, the same parts with the same meaning.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Schaltwandlers mit digitalem Eingang, an welchem ein digitales Einstellsignal ES anliegt, von welchem eine an einer Ausgangsklemme OUT des Schaltwandlers anliegende Ausgangsspannung Uout zur Versorgung einer Last abhängig ist. Fig. 1 shows a block diagram of a switching converter according to the invention with a digital input terminal to which a digital setting signal ES is applied, from which a voltage applied to an output terminal OUT of the switching converter output voltage Uout for supplying a load dependent. Aufgabe des Schaltwandlers ist es, diese Ausgangsspannung Uout weitgehend unabhängig von Schwankungen der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Last bereitzustellen. Task of the switching converter is largely provide this output voltage Uout independent of fluctuations of the broken lines in Fig. 1 plotted load.
  • Der Schaltwandler umfasst eine Schaltwandlerstufe 10 mit Eingangsklemmen zur Zuführung einer Eingangsspannung Uin, die in dem Ausführungsbeispiel gegen Bezugspotential GND anliegt, einem Ausgang, der an die Ausgangsklemme OUT angeschlossen ist, sowie in dem dargestelltem Ausführungsbeispiel vier Ansteuereingänge, denen Ansteuersignale S1, S2, S3, S4 zugeführt sind. The switching converter includes a switching converter stage 10 having input terminals for supplying an input voltage Uin, which is applied in the embodiment, to reference potential GND, an output which is connected to the output terminal OUT, and in the exemplary embodiment illustrated four drive inputs, which control signals S1, S2, S3, S4 are supplied.
  • Die Schaltwandlerstufe 10 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier parallel geschaltete Schaltwandlereinheiten 11 , 12 , 13 , 14 , denen die gegen Bezugspotential GND anliegende Eingangsspannung Uin zugeführt ist und die jeweils eine Ausgangsklemme OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 aufweisen, die gemeinsam an die Ausgangsklemme OUT des Schaltwandlers angeschlossen sind. The switching converter stage 10 in the illustrated embodiment includes four parallel-connected switching converter units 11, 12, 13, 14, where the voltage applied to reference potential GND input voltage Uin is supplied and which each have an output terminal OUT1, OUT2, OUT3, OUT4, commonly to the output terminal OUT the switching converter are connected. Jede der Schaltwandlereinheiten 11 , 12 , 13 , 14 weist weiterhin einen Ansteuereingang IN1, IN2, IN3, IN4 auf, wobei jeder der Schaltwandlereinheiten 11-14 an diesem Eingang IN1-IN4 jeweils eines der Ansteuersignale S1-S4 zugeführt ist. Each of the switching converter units 11, 12, 13, 14 further comprises a drive input IN1, IN2, IN3, IN4, each of the switching converter units is supplied 11-14 at this input IN1-IN4 each one of the drive signals S1-S4.
  • Der Schaltwandler umfasst weiterhin einen Rückkopplungszweig mit einem Analog-Digital-wandler 20 , dem die Ausgangsspannung Uout oder bei einer anderen Ausführungsform ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges analoges Signal zugeführt ist. The switching converter further comprises a feedback branch with an analog-digital converter 20, where the output voltage Uout, or in another embodiment, a dependent on the output voltage Uout analog signal is supplied. An einem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 20 steht ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges digitales Signal US zur Verfügung. At an output of the analog-to-digital converter 20 is a dependent on the output voltage Uout digital signal US are available. Dem Analog-Digital-Wandler 20 ist ein digitales Filter 30 bzw. ein digitaler Regler 30 nachgeschaltet, dem an einem ersten Eingang das digitale Ausgangsspannungssignal US und an einem zweiten Eingang das digitale Einstellsignal ES zugeführt ist. The analog to digital converter 20 is followed by a digital filter 30 and a digital controller 30 to which the digital output voltage signal US and at a second input the digital setting signal ES is supplied at a first input. Der digitale Regler 30 stellt abhängig von dem Einstellsignal ES und dem digitalen Ausgangsspannungssignal US ein digitales Regelsignal RS zur Verfügung, abhängig von dem die Schaltwandlerstufe 10 angesteuert wird. The digital controller 30 provides a function of the adjustment signal ES and the digital output voltage signal US, a digital control signal RS are available, depending on the switching converter stage is driven 10th Zur Umwandlung des digitalen Regelsignals RS in die Ansteuersignale S1-S4 für die Schaltwandlereinheiten 11-14 ist eine Ansteuerlogik 40 vorgesehen, die zwischen den digitalen Regler 30 und die Schaltwandlerstufe 10 geschaltet ist und an deren Ausgänge die Ansteuersignale S1-S4 bereitstehen. For converting the digital control signal RS in the drive signals S1-S4 for the switching converter units 11-14, a control logic circuit 40 is provided which is connected between the digital controller 30 and the switching converter stage 10 and ready the drive signals S1-S4 at their outputs.
  • Die Ausgangsspannung Uout wird über die Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 geregelt. The output voltage Uout is controlled by the power consumption of the switching converter stage 10th Sinkt beispielsweise die Leistungsaufnahme der Last und steigt damit die Ausgangsspannung Uout bei zunächst gleichbleibender Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 an, so muss die Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 19 zurückgeregelt werden, um die Ausgangsspannung Uout auf einen von dem digitalen Einstellsignal ES abhängigen Wert zu regeln. If, for example, the power consumption of the load and thus the output voltage Uout increases at first constant power consumption of the switching converter stage 10, so the power consumption of the switching converter stage 19 must be returned controlled to regulate the output voltage Uout to a value dependent on the digital setting signal ES value. Die Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 wird abhängig von dem Regelsignal bzw. den Ansteuersignalen S1-S4 geregelt. The power consumption of the switching converter stage 10 is controlled depending on the control signal and the drive signals S1-S4. Die einzelnen Schaltwandlereinheiten sind so ausgestaltet, dass sie über die Ansteuersignale S1-S4 unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet werden können, um dadurch die Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 bzw. die Ausgangsspannung Uout zu regeln. The individual switching converter units are configured so that they turn about the drive signals S1-S4 independently or can be turned off, to thereby control the power consumption of the switching converter stage 10 and the output voltage Uout.
  • Der digitale Regler 30 , dem das Einstellsignal Es, welches die Sollgröße des Regelkreises bildet, und das digitale Ausgangsspannungssignal US, welches die zu regelnde Größe des Regelkreises darstellt, zugeführt sind, bestimmt das Regelverhalten des Schaltwandlers. The digital controller 30, the time, which forms the adjusting the target size of the control circuit, and the digital output voltage signal US, which is the controlled variable of the control loop, are supplied to the control response of the switching converter is determined. Der digitale Regler 30 ist abhängig von dem Einsatzzweck des Schaltwandlers und damit dem gewünschten Regelverhalten ein Proportional-Regler, ein Proportional-Integral-Regler oder ein Integral-Regler. The digital controller 30 is dependent upon the intended use of the switching converter and therefore to the desired control behavior of a proportional controller, a proportional-integral controller or integral controller.
  • Optional ist dem Analog-Digital-Wandler ein Integrierer 50 vorgeschaltet, der dazu dient, dass kurzfristige Schwankungen der Ausgangsspannung Uout keine Auswirkungen auf den Regelkreis haben. Optionally, an integrator is connected upstream of the 50 analog-to-digital converter which serves to ensure that short-term fluctuations of the output voltage Uout will not affect the control loop. Die Zeitkonstante dieses Integrierers ist daher lediglich etwas größer als Periodendauer solcher der Ausgangsspannung Uout auftretender kurzfristiger Schwankungen. The time constant of this integrator is therefore only slightly longer than the period of such the output voltage Uout occurring short-term fluctuations.
  • Die einzelnen Schaltwandlereinheiten 11-14 sind in dem Beispiel über die Ansteuersignale S1-S4 einschaltbar oder ausschaltbar, wobei für den Fall, bei dem die Schaltwandlereinheiten 11-14 in eingeschaltetem Zustand jeweils dieselbe Leistungsaufnahme besitzen, die gesamte Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 über die Anzahl der eingeschalteten Schaltwandlereinheiten 11-14 regelbar ist. The individual switching converter units 11-14 are switched in the example above, the control signals S1-S4 or switched off, wherein said for the case where the switching converter units each have the same power consumption 11-14 in the on mode, the total power consumption of the switching converter stage 10 of the number on switching converter units 11-14 is controllable.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Schaltwandlereinheiten 11-14 in eingeschaltetem Zustand jeweils unterschiedliche Leistungsaufnahmen besitzen, so dass die gesamte Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 über die Anzahl und die Auswahl der eingeschalteten Schaltwandlereinheiten 11-14 regelbar ist. In one embodiment of the invention it is provided that the individual switching converter units 11-14 each having different power consumptions in the on state, so that the total power consumption of the switching converter stage 10 via the number and choice of the switched-on switching converter units 11-14 is controllable.
  • Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die einzelnen Schaltwandlereinheiten 11-14 in Fig. 1, die identisch aufgebaut sein können. Fig. 2 shows an embodiment for the individual switching converter units 11-14 in Fig. 1, which may be identical in construction.
  • Der Schaltwandler gemäß Fig. 2 ist als Abwärtswandler (Buck- Converter) ausgebildet, der Eingangsklemmen zur Zuführung einer Eingangsspannung Uin, eine Ausgangsklemme OUTi und einen Ansteuereingang INi zur Zuführung eines Ansteuersignals Si aufweist. The switching converter of FIG. 2 is designed as a down-converter (buck converter), having input terminals for supplying an input voltage Uin, an output terminal OUTi and one drive input INi for supplying a drive signal Si. Der Buchstabe i im Zusammenhang mit den Bezugszeichen für den Ausgang OUTi, den Ansteuereingang INi und das Ansteuersignal Si steht jeweils für eine der Ziffern 1 , 2 , 3 und 4 , um die Komponenten einer beliebigen der Schaltwandlereinheiten 11 , 12 , 13 oder 14 zu bezeichnen. The letter i in conjunction with the reference numeral for the output OUTi, the drive input INi and the control signal Si in each case represents one of the numbers 1, 2, 3 and 4 to refer to the components of any of the switching converter units 11, 12, 13 or 14 ,
  • Zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Schaltwandlereinheit gemäß Fig. 2 ist gestrichelt die Last und die an den Ausgang OUT des Schaltwandlers gemäß Fig. 1 angeschlossene Ausgangskapazität Cout, über der die Ausgangsspannung anliegt, dargestellt. For a better understanding of the operation of the shift conversion unit of FIG. 2 in phantom and the load connected to the output OUT of the switching converter of FIG. 1 output capacitance Cout, on which rests the output voltage is illustrated.
  • Die Schaltwandlereinheit umfasst eine Reihenschaltung zweier Schalter SW1i, SW2i, die zwischen die Klemme für das positive Versorgungspotential und Bezugspotential GND geschaltet sind. The shift converter unit comprises a series connection of two switch SW1i, SW2i, which are connected between the terminal for the positive supply potential and reference potential GND. Zwischen einem den beiden Schalter SW1i, SW2i gemeinsamen Knoten und die Ausgangsklemme OUTi ist ein induktives Speicherelement Li geschaltet. Between the two switches SW1i, SW2i common node and the output terminal OUTi connected in an inductive storage element Li. Die Schalter SW1i, SW2i sind abhängig von einem getakteten Ansteuersignal PSi komplementär angesteuert, dh jeweils einer der beiden Schalter SW1i, SW2i ist geschlossen, wenn der jeweils andere Schalter leitet. The switches SW1i, SW2i complementary driven depending on a clocked activation signal PSi, that one of the two switch SW1i, SW2i is closed when the respective other switch conducts. Zur Ansteuerung der Schalter SW1i, SW2i abhängig von dem getakteten Ansteuersignal PSi sind Treiberschaltungen DRV1i, DRV2i vorgesehen, wobei das getaktete Ansteuersignal PSi in dem Ausführungsbeispiel dem Treiber DRVi des ersten Schalters SW1i direkt und dem Treiber DRV2i des zweiten Schalters SW2i über einen Inverter INV zugeführt ist, um das gewünschte komplementäre Schaltverhalten zu erreichen. For driving the switches SW1i, SW2i depending on the clocked driving signal PSi driver circuits DRV1i, DRV2i are provided, wherein the clocked driving signal PSi is directly supplied to the driver DRV2i of the second switch SW2i via an inverter INV in the embodiment, the driver DRVi of the first switch SW1i to achieve the desired complementary switching behavior. Das getaktete Ansteuersignal PSi wird durch einen Pulssignalgenerator PGi abhängig von dem Ansteuersignal Si bereitgestellt. The clocked driving signal PSi is provided by a pulse signal generator PGi depending on the drive signal Si.
  • Das Ansteuersignal Si ist ein zweiwertiges Signal, welches dazu dient, die Schaltwandlereinheit einzuschalten oder auszuschalten. The drive signal Si is a divalent signal which serves to switch the switching converter unit on or off. Der Pulssignalgenerator PGi erzeugt das getaktete Ansteuersignal PSi nach Maßgabe des Ansteuersignals Si, wie dies beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. The pulse signal generator PGi generates the clocked driving signal PSi in accordance with the drive signal Si, as shown by way of example in Fig. 3. Weist das Ansteuersignal Si einen High-Pegel auf, so liefert der Pulssignalgenerator ein getaktetes Ansteuersignal PSi, nach dessen Maßgabe der erste und zweite Schalter SW1i, SW2i getaktet geöffnet und geschlossen werden. Has the drive signal Si at a high level, so under which the first and second switches SW1i, SW2i supplies the pulse signal generator, a clocked control signal PSi clocked be opened and closed. Nimmt das Ansteuersignal Si einen Low-Pegel an, so stellt der Pulssignalgenerator PGi ein Ausgangssignal PSi mit einer konstanten Amplitude zur Verfügung, das bei der Schaltwandlereinheit gemäß Fig. 2 so gewählt ist, dass der zweite Schalter SW2i dauerhaft geschlossen und der erste Schalter SW1i dauerhaft geöffnet ist. Receives the control signal Si at a low level, so, the pulse signal generator PGi an output signal PSi of a constant amplitude is available that is selected for the shift conversion unit according to Fig. 2 so that the second switch SW2i permanently closed and the first switch SW1i permanently is open.
  • Die Schaltwandlereinheit gemäß Fig. 2 ist bei dauerhaft geschlossenem zweiten SW2i und dauerhaft geöffnetem ersten Schalter SW1i ausgeschaltet, während die Schaltwandlereinheit bei getaktet geschlossenem ersten Schalter SW1i eingeschaltet ist. The shift conversion unit of FIG. 2 is turned on permanently closed second SW2i and permanently open, the first switch SW1i, while the switching converter unit is switched on when clocked closed first switch SW1i. Die Schaltwandlereinheit nimmt mit jedem Schließen des ersten Schalters SW1i in hinlänglich bekannter Weise Energie auf, welche sie über das induktive Speicherelement Li an die an der Ausgangsklemme OUTi angeschlossene Last abgibt. The shift converter unit increases with each closure of the first switch SW1i in well known manner energy, which it emits through the inductive storage element Li to the load connected to the output terminal OUTi load. Die Leistungsaufnahme dieser Schaltwandlereinheit ist bei getakteter Ansteuerung abhängig von dem Duty-Cycle des getakteten Ansteuersignals, dh von dem zeitlichen Verhältnis zwischen der Einschaltdauer des ersten Schalters SW1i zu der Gesamtdauer eines Ansteuervorgangs. The power consumption of the switching converter unit is clocked in control function of the duty cycle of the clocked driving signal, that is on the temporal relationship between the duty cycle of the first switch SW1i to the total duration of a driving operation.
  • Der Duty-Cycle des von dem Pulssignalgenerator PGi gelieferten Ansteuersignals PSi ist konstant, so dass die Schaltwandlereinheit gemäß Fig. 2 in eingeschaltetem Zustand eine konstante Leistungsaufnahme besitzt. The duty cycle of the signal supplied from the pulse signal generator PGi drive signal PSi is constant, so that the shift converter unit comprises according to Fig. 2 in the on mode, a constant power consumption.
  • Bei der Darstellung gemäß Fig. 3 wird davon ausgegangen, dass das zweiwertige Ansteuersignal Si getaktet mit einer Frequenz f = 1/T vorliegt, wobei während einer Taktperiode dieses Ansteuersignals Si ein Ansteuerimpuls des getakteten Signals PSi vorliegt und der Duty-Cycle des getakteten Signals PSi bei der Darstellung gemäß Fig. 3 1/2 beträgt. In the illustration according to FIG. 3, it is assumed that the divalent drive signal Si clocked at a frequency f = 1 / T is present, wherein, during a clock period of this control signal Si is present, a drive pulse of the pulsed signal PSi, and the duty cycle of the clocked signal PSi is 3 1/2 in the representation of FIG.. Die Frequenz f = 1/T entspricht der Frequenz, mit der das Regelsignal RS an der Ansteuerschaltung 40 anliegt. The frequency f = 1 / T corresponds to the frequency with which the control signal RS applied to the drive circuit 40th Diese Taktfrequenz f wird durch einen nicht näher dargestellten Taktgenerator bereitgestellt und ist auch dem Pulssignalgenerator PGi zugeführt. This clock frequency f is provided by a not shown clock generator and the pulse signal generator is also supplied PGi.
  • Zusammenfassend erfolgt die Regelung der Leistungsaufnahme der Teilwandlerstufe 10 und damit die Regelung der Ausgangsspannung Uout bei dem erfindungsgemäßen Schaltwandler durch Einschalten oder Ausschalten parallel geschalteter Schaltwandlereinheiten abhängig von digitalen Ansteuersignalen S1-S4, wobei diese digitalen Ansteuersignale S1-S4 wiederum von einem digitalen, von dem Einstellsignal ES und der Ausgangsspannung Uout abhängigen Regelsignal abhängig sind. In summary, the control of the power consumption of the part of the converter stage 10, and thus the regulation of the output voltage Uout according to the invention switching converter by turning on or off of parallel-connected switching converter units is dependent on the digital control signals S1-S4, which digital control signals S1-S4 in turn by a digital, of the adjustment ES and the output voltage Uout dependent control signal is dependent.
  • Die Geschwindigkeit, mit welcher Spannungsschwankungen am Ausgang nachgeregelt werden, ist abhängig, von der Taktfrequenz f = 1/T mit welcher die Ansteuersignale S1-S4 vorliegen, und die Schaltwandlereinheiten 11-14 ein- und ausgeschaltet werden. The rate at which voltage fluctuations are readjusted at the output, is dependent on the clock frequency f = 1 / T with which present the drive signals S1-S4, and one and the switching converter units 11-14 are switched off. Die Regelgenauigkeit steigt dabei mit zunehmender Taktfrequenz, zumal sich dadurch auch die Ansteuerimpulse zur Ansteuerung der Schalter SW1i, SW2i verkürzen, wodurch sich die pro Schaltvorgang aufgenommene und entsprechend an die Ausgangsklemme OUTi abgegebene Energie verringert, was eine exaktere Regelung der Ausgangsspannung Uout ermöglicht. The rule accuracy increases with increasing frequency, particularly as to shorten the driving pulses for driving the switches SW1i, SW2i, whereby the each operation recorded and correspondingly discharged to the output terminal OUTi energy reduced, enabling a more precise control of the output voltage Uout.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Schaltwandlereinheiten identisch dimensioniert sind, so dass sie in eingeschaltetem Zustand jeweils die selbe Leistungsaufnahme besitzen. In one embodiment of the invention it is provided that the individual switching converter units are identical dimensions, so that they each have the same power consumption in operation. Die aufgenommene Leistung ist dann abhängig von der Anzahl der in der Schaltwandlerstufe 10 parallel geschalteten Schaltwandlereinheit. The power absorbed is then dependent on the number of parallel-connected in the switching converter stage 10 switching converter unit.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die einzelnen Schaltwandlereinheiten so dimensioniert sind, dass sie in eingeschaltetem Zustand jeweils unterschiedliche Leistungsaufnahmen besitzen. In a further embodiment it is provided that the individual switching converter units are dimensioned so that they have respective different power consumptions in operation. Sind beispielsweise vier Schaltwandlereinheiten vorhanden, die sich in ihrer Leistungsaufnahme jeweils um eine Zweierpotenz unterscheiden, dh beträgt die Leistungsaufnahme einer zweiten Schaltwandlereinheit 12 das doppelte der Leistungsaufnahme einer ersten Schaltwandlereinheit 11 , die Leistungsaufnahme einer dritten Schaltwandlereinheit 13 das doppelte der zweiten Schaltwandlereinheit 12 und die Leistungsaufnahme der vierten Schaltwandlereinheit 14 das doppelte der dritten Schaltwandlereinheit 13 , so sind 2 4 = 16 unterschiedliche Leistungsaufnahmen einstellbar, um Lasten unterschiedlicher Leistungsaufnahme bei konstanter Ausgangsspannung Uout zu versorgen. For example, four switching converter units available, which differ in their power consumption in each case by a power of two, that is, the power consumption of a second switching converter unit 12 is twice the power consumption of a first switching converter unit 11, the power consumption of a third switching converter unit 13 twice that of the second switching converter unit 12 and the power consumption of fourth switching converter unit 14, the double of the third switching converter unit 13 are 2 4 = 16 different power inputs adjustable to supply loads of different power at a constant output voltage Uout.
  • Die Funktionsweise der Ansteuerlogik 40 , die die Ansteuersignale S1-S4 aus dem digitalen Regelsignal RS bereitstellt, wird nachfolgend anhand der Fig. 4 und 5 erläutert. The operation of the control logic 40 that provides the drive signals S1-S4 from the digital control signal RS will hereinafter be explained with reference to FIGS. 4 and 5. Fig. 4a zeigt eine Tabelle, in der in der linken Spalte der Dezimalwert des digitalen Regelsignals RS und daneben die Anzahl der abhängig von dem Regelsignal RS eingeschalteten Wandlereinheiten dargestellt ist. Fig. 4a shows a table is shown in the left column of the decimal value of the digital control signal RS and besides the number of turned-on depending on the control signal RS converters. Die vier Spalten auf der rechten Seite veranschaulichen, welche der Schaltwandlereinheiten 11-14 jeweils eingeschaltet ist, wobei ein dunkel ausgefülltes Feld eine eingeschaltete Schaltwandlereinheit markiert. The four columns on the right side illustrate that the switching converter units 11-14 respectively turned on to give a dark solid box labeled a switched switching converter unit.
  • Fig. 4b zeigt den der Tabelle 4a entsprechenden zeitlichen Verlauf des Regelsignals RS sowie der Ansteuersignale S1-S4 über der Zeit, wobei angenommen ist, dass das Regelsignal RS und entsprechend die Ansteuersignale S1-S4 im Takt eines Taktsignals mit der Frequenz f = 1/T vorliegen. FIG. 4b shows the table 4a corresponding time variation of the control signal RS, as well as the drive signals S1-S4 over time, it being assumed that the control signal RS, and accordingly the drive signals S1-S4 to the beat of a clock signal with the frequency f = 1 / T available.
  • Die Tabelle in Fig. 4a und die zeitlichen Verläufe gemäß Fig. 4b zeigen, dass mit zunehmender Amplitude des Regelsignals RS mehr Schaltwandlereinheiten eingeschaltet werden, wobei bei einer Amplitude des Regelsignals RS ungleich Null die Schaltwandlereinheit 11 stets eingeschaltet ist, während die Schaltwandlereinheiten 11 , 12 und 13 nacheinander mit steigender Amplitude zugeschaltet werden. The table in Fig. 4a and the waveforms shown in FIG. 4b show, that are switched on with increasing amplitude of the control signal RS more switching converter units, the switching converter unit 11 is always lit when an amplitude of the control signal RS is not zero, while the switching converter units 11, 12 and 13 are successively turned on with increasing amplitude.
  • Eine steigende Amplitude des Regelsignals RS kann zum einen daraus resultieren, dass sich das Einstellsignal ES geändert hat, um nun eine andere Ausgangsspannung Uout einzustellen, für welche eine geänderte Leistungsaufnahme erforderlich ist, oder dass sich aufgrund einer Lastschwankung an der Ausgangsklemme OUT die Ausgangsspannung Uout geändert hat, so dass eine geänderte Leistungsaufnahme erforderlich ist, um die Ausgangsspannung Uout auf den durch das Einstellsignal ES vorgegebenen Sollwert nachzuregeln. An increasing amplitude of the control signal RS may result from the fact that the adjusting signal ES has changed to now select a different output voltage Uout, for which a modified power consumption is required, or that has changed due to a load variation at the output terminal OUT, the output voltage Uout has, so that a modified power consumption is required to readjust the output voltage Uout to the preset by the setting signal ES setpoint.
  • Das Regelsignal RS, aus dem Ansteuersignale S2-S4 für vier Schaltwandlereinheiten 11-14 erzeugt werden, ist ein digitales Signal der Länge 3 Bit, wobei in Fig. 5a im linken Teil der Tabelle Werte von 0 bis 4 dieses Regelsignals RS in binärer Form dargestellt sind, wobei RS[1] das niederwertigste Bit und RS[3] das höchstwertigste Bit dieses Regelsignals darstellt. The control signal RS, are produced from the control signals S2-S4 for four switching converter units 11-14, is a digital signal of length 3 bits, shown in Fig. 5a in the left part of the table values from 0 to 4 of this control signal RS in binary form are, where RS [1] the least significant bit and RS [3] is the most significant bit of this control signal. Im rechten Teil der Tabelle sind abhängig vom Wert des Regelsignals die jeweils eingeschalteten Schaltwandlereinheiten durch eine 1 und die jeweils ausgeschalteten Schaltwandlereinheiten durch eine 0 dargestellt. In the right part of the table, the respectively switched-on switching converter units by a 1 and the respectively switched-off switching converter units are represented by a 0 depending on the value of the control signal.
  • Fig. 5b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Ansteuerlogik 40 zur Bereitstellung der Ansteuersignale S1-S4 abhängig von einzelnen Bits RS[1], RS[2], RS[3] des digitalen Regelsignals. Fig. 5b an embodiment of a control logic 40 for providing the drive signals S1-S4 is dependent on individual bits RS [1], RS [2], RS [3] of the digital control signal. Entsprechend Fig. 4 und der daraus entwickelten Tabelle in Fig. 5a wird der Schaltwandler 11 über das ersten Ansteuersignal S1 immer angesteuert, wenn das Regelsignal RS größer 0 ist, wenn also eines der Bits größer 1 ist, so dass dieses Ansteuersignal S1 am Ausgang eines Oder-Glieds ODER1 bereitsteht, dem die drei Bits des Regelsignals RS zugeführt sind. The switching converter 11 is 5a corresponding to FIG. 4 and the developed from table in Fig. Always controlled via the first control signal S1, if the control signal RS is greater than 0, ie, if one of the bits is greater than 1, so that this driving signal S1 at the output of oR gate OR1 is ready, the three bits of the control signal RS are supplied. Das zweite Ansteuersignal S2 steht am Ausgang eines Oder-Glieds ODER2 zur Verfügung, dem das höchstwertige Bit RS[3] und das Bit RS[2] zugeführt sind. The second control signal S2 at the output of an OR gate OR2 are available, the most significant bit RS [3] and the bit RS [2] are supplied.
  • Das Ansteuersignal S3 resultiert aus einer Oder-Verknüpfung des höchstwertigen Bits RS[3] und eines aus einer Und- Verknüpfung des niederwertigsten Bits und des Bits RS[2] hervorgegangenen Signals. The driving signal S3 is the result of an OR operation between the most significant bits RS [3] and a resulting from an AND operation of the least significant bits and the bits RS [2] signal.
  • Das Ansteuersignal S4 entspricht dem höchstwertigen Bit RS[3]. The drive signal S4 corresponds to the most significant bit RS [3].
  • In der bisherigen Darstellung wurde davon ausgegangen, dass die Ansteuersignale S1-S4 zweiwertige Signale sind, die jeweils für die Dauer der Taktperiode, mit welcher das Regelsignal RS anliegt, einen High-Pegel oder einen Low-Pegel annehmen, um dadurch die Schaltwandlereinheiten ein- oder auszuschalten In the previous illustration, it was assumed that the drive signals S1-S4 are divalent signals which each assume for the duration of the clock period with which the control signal RS is applied, a high level or a low level, thereby the switching converter units one or off
  • Selbstverständlich können die Pulssignalgeneratoren, von denen einer in Fig. 2 dargestellt ist, auch Bestandteil der Ansteuerlogik sein, so dass am Ausgang der Ansteuerlogik 40 bereits getaktete, zur Ansteuerung der Schalter in den Schaltwandlereinheiten geeignete Signale anliegen. Of course, can also be part of the control logic, the pulse signal generators, one of which is shown in Fig. 2, so that already clocked, present at the output of the control logic 40 for controlling the switches in the switching converter units suitable signals.
  • Fig. 6 zeigt eine Tabelle entsprechend Fig. 4a, für ein weiteres Ansteuerschema der Schaltwandlereinheiten 11-14 abhängig von dem Regelsignal. Fig. 6 shows a table according to Fig. 4a, for a further driving scheme, the switching converter units 11-14 dependent on the control signal. Bei diesem Schema werden die Schaltwandlereinheiten 11-14 zyklisch angesteuert, dh bei einer Amplitude des Regelsignals von 1 werden beispielsweise nacheinander die Schaltwandlereinheiten 11 , 12 , 13 und 14 angesteuert. In this scheme, the switching converter units are controlled cyclically 11-14, ie when an amplitude of the control signal of 1, for example, successively switching converter units 11, controlled 12, 13 and 14th Bei einer Amplitude von 3 wechselt die jeweils nicht angesteuerte Schaltwandlereinheit zyklisch. At an amplitude of 3, the relevant non-driven switching converter unit changes cyclically.
  • Abschließend zeigt Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Reglers 30 . Finally, Fig. 7 shows an embodiment of a digital regulator 30. Dieser digitale Regler 30 umfasst einen Subtrahierer, der aus dem Eingangssignal ES und dem digitalen von der Ausgangsspannung abhängigen Signal US ein digitales Differenzsignal RS' bereitstellt, welches zum einen einem Integrierer INT zugeführt ist und zum anderen zu dem Ausgangssignal des Integrierers INT hinzuaddiert wird, um das Regelsignal RS zu bilden. This digital controller 30 includes a subtracter which a digital difference signal RS provides from the input signal ES and the digital dependent on the output voltage signal U 'which is on the one hand fed to an integrator INT and on the other to the output signal of the integrator INT is added to to form the control signal RS. Der in Fig. 7 dargestellte Regler besitzt Proportional-Integral-Verhalten. The regulator shown in FIG. 7 has proportional-integral behavior. Die Zeitkonstante des digitalen Integrierers INT ist vorzugsweise groß gegenüber der Taktperiode, mit der das digitale Regelsignal RS bereitgestellt wird. The time constant of the digital integrator INT is preferably large compared with the clock period with which the digital control signal RS is provided.
  • Nimmt bei dem erfindungsgemäßen Schaltwandler die Ausgangsspannung Uout und damit das digitale Ausgangsspannungssignal US zu, so sinkt das Regelsignal RS und die Anzahl der über die Ansteuerlogik 40 eingeschalteten Schaltwandlereinheiten wird verringert, um die Leistungsaufnahme zu reduzieren und einem weiteren Anstieg der Ausgangsspannung Uout entgegen zu wirken. Increases in the inventive switching converter, the output voltage Uout and the digital output voltage signal US to, the control signal RS and the number of switches on the control logic 40 switching converter units is reduced is reduced to reduce the power consumption and to counteract a further increase of the output voltage Uout. Sinkt die Ausgangsspannung Uout und damit das digitale Ausgangsspannungssignal US, so steigt das Regelsignal RS und die Anzahl eingeschalteten Schaltwandeleinheiten wird erhöht, um dadurch die Leistungsaufnahme zu erhöhen und dadurch einem weiteren Absinken der Ausgangsspannung Uout entgegen zu wirken. If the output voltage Uout and the digital output voltage signal US, the control signal RS and the number of switched-on switching converting units rises is increased to thereby increase the power consumption and thereby counteract a further lowering of the output voltage Uout. Eine Erhöhung des Einstellsignals ES vergrößert das Regelsignal RS und damit die Ausgangsspannung Uout, während ein kleiner werdendes Einstellsignal ES das Regelsignal RS und damit die Ausgangsspannung Uout verkleinert. An increase in the adjustment signal ES is increased the control signal RS and the output voltage Uout, while a small nascent ES adjusting the control signal RS and thus reduces the output voltage Uout.
  • Der erfindungsgemäße Schaltwandler ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung von vier Schaltwandlereinheiten beschränkt. The switching converter according to the invention is of course not limited to the use of four switching converters. Selbstverständlich können beliebig viele parallel geschaltete Schaltwandlereinheiten verwendet werden. Of course, any number of parallel-connected switching converter units may be used. Der erfindungsgemäße Schaltwandler funktioniert selbst bei Verwendung nur einer Schaltwandlereinheit, wobei das digitale Regelsignal RS dann lediglich ein Regelsignal der Länge 1 Bit ist, welches direkt zum Ein- und Ausschalten der Schaltwandlereinheit verwendet werden kann, wobei der eine Schaltwandler dann eingeschaltet ist, wenn das Regelsignal Eins ist, und ausgeschaltet ist, wenn das Regelsignals RS Null ist. The switching converter of the invention works even when using only a shift converter unit, wherein the digital control signal RS then simply a control signal of the length is 1 bit, which can be directly used to turn on and off the switching converter unit, wherein the switching transformer is turned on when the control signal is one, and is off when the control signal RS is zero.
  • Bei der Erläuterung der Erfindung wurde davon ausgegangen, dass bei mehreren parallelen Schaltwandlereinheiten die einzelnen Schaltwandlereinheiten in eingeschaltetem Zustand über der Zeit eine jeweils konstante Leistungsaufnahme besitzen, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass die Schalter SW1i, SW2i mit einem Ansteuersignal PSi angesteuert werden, das einen konstanten Duty-Cycle besitzt. In the explanation of the invention it was assumed that, in a plurality of parallel switching converter units, the individual switching converter units have a respective constant power consumption in the switched state over the time, which can for example be achieved in that the switch SW1i, SW2i be driven with a drive signal PSi, the has a constant duty cycle.
  • Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, auch Schaltwandlereinheiten zu verwenden deren Leistungsaufnahme beispielsweise abhängig von der Ausgangsspannung Uout schwankt. In addition, it is possible to use switching converter units whose power consumption varies for example depending on the output voltage Uout. Hierzu ist in der jeweiligen Schaltwandlereinheit eine Regelschleife vorgesehen, die abhängig von der Ausgangsspannung Uout die Pulsdauern des Ansteuersignals PSi in eingeschaltetem Zustand der jeweiligen Schaltwandlereinheit variiert. To this end, in the respective switching converter unit, a control loop is provided which varies depending on the output voltage Uout, the pulse durations of the drive signal PSi in the switched state of the respective switching converter unit. Der Pulssignalgenerator PGi ist dann als Pulsweitenmodulator ausgebildet, der ein Ansteuersignal PSi mit Impulsen variabler Zeitdauer, die von der Ausgangsspannung abhängt, erzeugt, wobei der Pulssignalgenerator PGi durch das Ansteuersignal Si ein- und ausgeschaltet wird, das heißt ein gepulstes Ausgangssignal mit variabler Impulsdauer PSi oder ein konstantes Ausgangssignal PSi (zum Öffnen des Schalters SW1i) bereitstellt. The pulse signal generator PGi is then formed as a pulse width modulator which generates a drive signal PSi with pulses of variable duration, which depends on the output voltage, wherein the pulse signal generator PGi and off by the control signal Si and is turned off, that is a pulsed output signal with variable pulse duration PSi or a constant output signal PSi provides (for opening the switch SW1i). Bezugszeichenliste ADD1 Subtrahierer LIST OF REFERENCE NUMBERS ADD1 subtractor
    ADD2 Addierer ADD2 adder
    DRV1i, DRV2i Treiberschaltungen DRV1i, DRV2i driver circuits
    ES digitales Eingangssignal ES digital input signal
    GND Bezugspotential GND reference potential
    IN1, IN2, IN3, IN4 Ansteuereingänge IN1, IN2, IN3, IN4 drive inputs
    INi Ansteuereingang IN i drive input
    INT Integrierer INT integrator
    INV Inverter INV inverter
    Li induktives Speicherelement Li inductive storage element
    ODER1, ODER2, ODER3 Oder-Glieder OR1, OR2, or 3 OR gates
    Out Ausgang out output
    Out1, Out2, Out3, Out4 Spannungsausgänge Out1, Out2, Out3, Out 4 voltage outputs
    OUTi Ausgang OUT i output
    PGi Pulssignalgenerator PGi pulse signal generator
    PSi getaktetes Ansteuersignal PSi clocked driving signal
    RS' Differenzsignal RS 'differential signal
    RS digitales Regelsignal RS digital control signal
    S1, S2, S3, S4 Ansteuersignale S1, S2, S3, S4 drive signals
    Si Ansteuersignal Si driving signal
    SW1i, SW2i Schalter SW1i, SW2i switch
    Uin Eingangsspannung Uin input voltage
    UND1 UND-Glied AND1 AND gate
    Uout Ausgangsspannung Uout output voltage
    US digitales Ausgangsspannungssignal US digital output voltage signal
    10 Schaltwandlerstufe 10 switching converter stage
    20 Analog-Digital-Wandler 20 analog-to-digital converter
    30 digitale Regelschaltung 30 digital control circuit
    11 , 12 , 13 , 14 Schaltwandlereinheit 11, 12, 13, 14 switching converter unit
    50 Integrierer 50 integrator

Claims (19)

  1. 1. Schaltwandler, der folgende Merkmale aufweist: 1. Switching converter having the following features:
    - eine Wandlerstufe ( 10 ) mit Eingangsklemmen zum Anlegen einer Eingangsspannung (Uin), wenigstens einem Ansteuereingang (IN1, IN2, IN3, IN4) zur Zuführung eines Ansteuersignals (S1, S2, S3, S4) und einer Ausgangsklemme (OUT), an der eine Ausgangsspannung (Uout) bereitsteht, - a converter stage (10) having input terminals for applying an input voltage (Uin), at least one control input (IN1, IN2, IN3, IN4) for supplying a drive signal (S1, S2, S3, S4) and an output terminal (OUT), at the an output voltage (Uout) is ready,
    - einen Analog-Digital-Wandler ( 20 ) mit einem Eingang, dem ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Signal zugeführt ist, und mit einem Ausgang, - an analog-digital converter (20) having an input to which a of the output voltage (Uout) dependent signal is applied and having an output,
    - ein digitales Filter ( 30 ) mit einem ersten Eingang, der an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers ( 20 ) angeschlossen ist, mit einem zweiten Eingang, dem ein digitales Einstellsignal (Es) zugeführt, und mit einem Ausgang, an dem ein digitales Regelsignal (RS) zur Verfügung steht, wobei das Ansteuersignal (S1, S2, S3, S4) von dem Regelsignal abhängig ist. - a digital filter (30) having a first input connected to the output of the analog-to-digital converter (20), a second input, supplied to a digital adjustment signal (Es), and having an output at which a available digital control signal (RS), wherein the drive signal (S1, S2, S3, S4) is dependent on the control signal.
  2. 2. Schaltwandler nach Anspruch 1, der folgendes weiteres Merkmal aufweist: 2. Switching converter according to claim 1, the following further feature comprising:
    - eine Ansteuerlogik ( 40 ) mit einem Eingang, dem das digitale Regelsignal (RS) zugeführt ist und mit wenigstens einem Ausgang, an dem das Ansteuersignal anliegt, das von dem Regelsignal abhängig ist. - a control logic (40) having an input to which the digital control signal is supplied (RS) and at least one output at which the drive signal is applied, which is dependent on the control signal.
  3. 3. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wandlerstufe ( 10 ) wenigstens eine erste und zweite Schaltwandlereinheit ( 11 , 12 , 13 , 14 ) aufweist die parallel an die Ausgangsklemme (OUT) angeschlossen sind, und wobei die Ansteuerlogik ( 40 ) eine der Anzahl der parallel geschalteten Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) entsprechende Anzahl Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) abhängig von dem digitalen Regelsignal bereitstellt. 3. DC converter arrangement according to claim 1 or 2, in which the converter stage (10) at least a first and second switching converter unit (11, 12, 13, 14) parallel to the output terminal (OUT) are connected, and wherein the control logic (40) one of the number of parallel switching converter units (11, 12, 13, 14) corresponding number of control signals (S1, S2, S3, S4) provides a function of the digital control signal.
  4. 4. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 3, bei dem die Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) als Abwärtswandler ausgebildet sind. 4. DC converter arrangement according to claim 3, wherein the switching converter units (11, 12, 13, 14) formed as a buck converter.
  5. 5. Spannungswandleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das digitale Filter ( 30 ) ein Regelsignal bereitstellt, das von der Differenz des am zweiten Eingang anliegenden Einstellsignals (ES) und des am ersten Eingang anliegenden Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers (AD) abhängig ist. 5. DC converter arrangement according to one of the preceding claims, wherein said digital filter (30) provides a control signal output from the difference of the signal at the second input setting signal (ES) and present at the first input the output signal of the analog-to-digital converter (AD) depends.
  6. 6. Spannungswandleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die von der Ansteuerlogik ( 40 ) bereitgestellten Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) die Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) einschalten oder ausschalten. 6. DC converter arrangement according to one of the preceding claims, wherein the provided by the control logic (40) control signals (S1, S2, S3, S4), the switching converter units (11, 12, 13, 14) turn on or off.
  7. 7. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 5, bei dem jede Schaltwandlereinheit ( 11 , 12 , 13 , 14 ) wenigstens einen die Leistungsaufnahme der jeweiligen Schaltwandlereinheit ( 11 , 12 , 13 , 14 ) regelnden Schalter (SW1i, SW2i) aufweist, der getaktet nach Maßgabe des jeweiligen Ansteuersignals (Si) angesteuert ist. Having 7 voltage transformer arrangement according to claim 5, wherein each switching converter unit (11, 12, 13, 14) at least one, the power consumption of the respective switching converter unit (11, 12, 13, 14) regulating switch (SW1i, SW2i), which clocked in accordance with the each drive signal (Si) is driven.
  8. 8. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, bei der jede Schaltwandlereinheit einen Pulssignalgenerator (PGi) zur Bereitstellung eines von dem jeweiligen Ansteuersignal (Si) abhängigen Ansteuersignals (PSi) für den wenigstens einen Schalter (SW1i, SW2i) aufweist. 8 comprises voltage transformer arrangement according to claim 6, wherein each shift converter unit comprises a pulse signal generator (PGI) for providing a respective drive signal from the (Si) dependent driving signal (PSi) for the at least one switch (SW1i, SW2i).
  9. 9. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 7, bei dem der Pulssignalgenerator (PGi) nach Maßgabe des Ansteuersignals (Si) ein getaktetes Ansteuersignal (PSi) mit einem konstanten Duty-Cycle oder ein Ansteuersignal mit einer konstanten Amplitude bereitstellt. 9. voltage transformer arrangement according to claim 7, wherein said pulse signal generator (PGI) in accordance with the drive signal (Si) (psi) provides a pulsed driving signal having a constant duty cycle, or a driving signal having a constant amplitude.
  10. 10. Spannungswandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die von der Ansteuerlogik bereitgestellten Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) Ansteuersignale zur Ansteuerung wenigstens eines in jeder der Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) vorhandenen Schalters (SW1i, SW2i) ist. 10. DC converter arrangement according to one of claims 1 to 4, wherein the existing the information provided by the drive logic control signals (S1, S2, S3, S4) control signals for controlling at least one in each of the switching converter units (11, 12, 13, 14) switch (SW1i , SW2i) is.
  11. 11. Spannungswandleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers ( 20 ) ein Integrierer ( 50 ) vorgeschaltet ist. 11. DC converter arrangement according to one of the preceding claims, wherein the input of the analog-to-digital converter (20), an integrator (50) is connected upstream.
  12. 12. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 10, bei der der Integrierer eine kurze Zeitkonstante aufweist, die einige Perioden der Ansteuerimpulse der Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) umfasst. 12, voltage transformer arrangement according to claim 10, wherein the integrator has a short time constant that some periods of the drive pulses of the drive signals (S1, S2, S3, S4) comprises.
  13. 13. Spannungswandleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Ausgangsklemme (OUT) ein Ausgangskondensator (Cout) nachgeschaltet ist, über dem die Ausgangsspannung (Uout) anliegt. 13, voltage transformer arrangement according to one of the preceding claims, wherein the output terminal (OUT) an output capacitor (Cout) is connected downstream, is present via which the output voltage (Uout).
  14. 14. Verfahren zur Wandlung einer Eingangsspannung (Uin) in eine von einem digitalen Einstellsignal (ES) abhängige Ausgangsspannung (Uout), das folgende Verfahrensschritte umfasst: 14. A method for converting an input voltage (Uin) into one of a digital setting signal (ES) dependent output voltage (Uout), which comprises the following steps:
    - Bereitstellen einer Schaltwandlerstufe ( 10 ) mit Eingangsklemmen zur Zuführung einer Eingangsspannung (Uin), Ausgangsklemmen zur Bereitstellung der Ausgangsspannung (Uout) und einem Ansteuereingang, - providing a switching converter stage (10) having input terminals for supplying an input voltage (Uin), output terminals for providing the output voltage (Uout) and a control input,
    - Wandeln eines von der Ausgangsspannung (Uout) abhängigen Signals in ein digitales von der Ausgangsspannung abhängiges Signal, - converting one of the output voltage (Uout) dependent signal to a digital signal dependent on the output voltage,
    - Bereitstellen eines digitalen Regelsignals (RS), das von einem digitalen Einstellsignal (ES) und dem digitalen von der Ausgangsspannung abhängigen Signal abhängig ist, - providing a digital control signal (RS), which from a digital setting signal (ES) and the digital dependent on the output voltage signal is dependent,
    - Ansteuern der Schaltwandlerstufe abhängig von dem digitalen Regelsignal (RS). - driving the switching converter stage depending on the digital control signal (RS).
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Schaltwandlerstufe wenigstens zwei Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) aufweist, die parallel an die Ausgangsklemme (OUT) angeschlossen sind, und die abhängig von dem digitalen Regelsignal (RS) angesteuert werden. Comprises 15. The method of claim 14, wherein the switching converter stage at least two switching converter units (11, 12, 13, 14) which are connected to the output terminal (OUT) in parallel, and depending on the digital control signal (RS) can be controlled.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) abhängig von dem digitalen Regelsignal (RS) eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. 16. The method of claim 15, wherein the switching converter units (11, 12, 13, 14) depending on the digital control signal (RS) is turned on or off.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) in eingeschaltetem Zustand mit einem Ansteuersignal (S1, S2, S3, S4) mit konstantem Duty-Cycle angesteuert werden. 17. The method of claim 16, wherein the switching converter units (11, 12, 13, 14) in the on mode by a control signal (S1, S2, S3, S4) is controlled with a constant duty cycle.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Schaltwandlereinheiten ( 11 , 12 , 13 , 14 ) in eingeschaltetem Zustand mit einem Ansteuersignal (S1, S2, S3, S4) mit einem von der Ausgangsspannung (Uout) abhängigen Duty-Cycle angesteuert werden. 18. The method of claim 16, wherein the switching converter units (11, 12, 13, 14) in the on mode by a control signal (S1, S2, S3, S4) with one of the output voltage (Uout) dependent duty-cycle controlled.
  19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem das digitale Regelsignal (RS) getaktet in einem ersten Takt ( 1 /T) bereitgestellt wird und bei dem die Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) zur Bewirkung eines eingeschalteten Zustands der jeweiligen Schaltwandlereinheit ( 11 , 12 , 13 , 14 ) Ansteuerimpulse in einem Takt aufweisen, der diesem ersten Takt entspricht oder ein Vielfaches davon ist, und bei dem die Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) zur Bewirkung eines ausgeschalteten Zustands der jeweiligen Schaltwandlereinheit ( 11 , 12 , 13 , 14 ) keine Ansteuerimpulse aufweisen. 19. A method according to any one of claims 14 to 18, wherein the digital control signal (RS) is clocked at a first clock (1 / T) is provided and in which the control signals (S1, S2, S3, S4) for effecting an on-state the respective switching converter unit (11, 12, 13, 14) drive pulses having a clock that corresponds to this first clock or a multiple thereof, and in which the control signals (S1, S2, S3, S4) for effecting a cut-off condition of the respective comprise switching converter unit (11, 12, 13, 14), no drive pulses.
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