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 voltageInfo
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Abstract
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 a digital input and a method of converting one Input voltage and an output voltage.
Schaltwandler finden heutzutage vielfach Anwendung zur Spannungsversorgung einer Last mit variabler Leistungsaufnahme. Schaltwandler verschiedenster Ausgestaltung sind dabei in der Lage, aus einer Eingangsspannung eine nahezu konstante Ausgangsspannung über einen weiten Lastbereich zur Verfügung zu stellen. Switching converters are widely used today Power supply to a load with variable power consumption. Switching converters of various designs are in the Capable of an almost constant from an input voltage Output voltage available over a wide load range put.
Derzeit verfügbare Schaltwandler sind allerdings nur in der Lage, analoge Eingangsgrößen zu verarbeiten, d. h. die der Last zur Verfügung gestellte Ausgangsspannung abhängig von einer analogen Eingangsgröße bereitzustellen. 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. 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. Beispielhaft sei hier auf Spannungsversorgungsschaltungen für die Hauptplatine eines Computers hingewiesen. 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. Switching converters currently available are only available in the Able to process analog inputs, d. H. the the Load provided output voltage depending on to provide an analog input variable. at Applications in which digital setting signals are available So far, a digital-to-analog converter has to be provided the digital setting signal into a for the Switching converter converts convertible analog signal. The Number of applications in which digital setting signals are available, depending on which one Output voltage to be provided for a load is going strong to. An example here is on voltage supply circuits for the motherboard of a computer. With newer ones Generations of these motherboards determine the on the Motherboard arranged processor the value of the to be provided Supply voltage that is provided independent of the load should and delivers 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, d. h. 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 with a digital input and a method of conversion an input voltage into an output voltage a digital setting signal immediately, d. H. without previous 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. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This goal is achieved by a switching converter according to the characteristics of claim 1 and by a method for conversion an input voltage into an output voltage according to the Features of claim 13 solved. advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
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. 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. 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. An einem Ausgang dieses digitalen Filters steht ein digitales Regelsignal zur Verfügung. 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 switching converter according to the invention comprises a converter stage with input terminals for applying an input voltage, at least one control input for feeding a Control signal and with an output terminal on one Output voltage is available. Furthermore, an analog-digital Provided converter, which has an input to which one of the output voltage dependent signal is supplied, and has an output at which one of the output voltage dependent digital signal is available. This on Output of the analog-digital converter connected digital Signal is a first input of a digital filter fed, which has a second input, the one digital setting signal is supplied, of which the Output voltage is dependent. At an output of this digital filter a digital control signal is available. The digital A control logic is connected downstream of the filter Input to which the digital control signal is fed, and at least one exit at which the at least one of the Control signal dependent control signal for the converter stage Is available.
Die Wandlerstufe umfasst vorzugsweise wenigstens zwei Schaltwandlereinheiten, die parallel geschaltet sind, d. h. deren Ausgänge gemeinsam an die Ausgangsklemme des Schaltwandlers angeschlossen sind, wobei die Ansteuerlogik eine der Anzahl der vorhandenen Schaltwandlereinheiten entsprechende Anzahl Ansteuersignale bereitstellt. 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 converter stage preferably comprises at least two Switching converter units that are connected in parallel, i. H. their Outputs together to the output terminal of the switching converter are connected, the control logic one of the number number of existing switching converter units Provides control signals. The switching converter units are trained so that it depends on the respective Control signal are switched on or off, whereby about the number of those switched on at the same time Switching converter units the power consumption and thus the Output voltage of the switching converter is adjustable.
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. Abhängig von Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Schaltwandlers kann dieser digitale Regler ein proportionales, ein proportional- integrales oder ein integrales Regelverhalten besitzen. 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. 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 digital filter, which the digital setting signal and the digital signal dependent on the output voltage are used as a digital controller that the Control behavior of the switching converter according to the invention determined. Dependent of the intended use of the switching converter according to the invention this digital controller is a proportional, a proportional have integral or integral control behavior. The control signal present at the output of the digital controller uses the control logic to determine how many and which of the Switching converter units should be switched on, the Power consumption of the switching converter with increasing number the switched switching converter units increases. The individual switching converter units have switched on State either the same power consumption, they can however, be designed so that they are different Have power consumption when switched on.
Die Schaltwandlereinheiten können als beliebige Schaltwandler, die wenigstens einen Schalter zur Regelung der Leistungsaufnahme aufweisen, ausgebildet sein. 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 used as any Switching converter, which has at least one switch for regulating the Have power consumption, be formed. The Switching converter units can in particular be used as step-down converters be trained, that is, compared to Provide lower output 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. 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. 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. In one embodiment of the invention it is provided that each of the switching converter units for a pulse signal generator Provision of one of the respective control signals dependent control signal for the at least one switch has, the pulse signal generator in accordance with the Control signal a clocked control signal or a Provides control signal with a constant amplitude. The Switching converter unit is switched on when a clocked Control signal provided by the pulse signal generator and the switching converter unit is switched off when the pulse signal generator has a control signal with a provides constant amplitude. So that the individual Switching converter units when switched on, respectively have a constant power consumption, as with a Embodiment of the invention is provided, that of clocked provided to the pulse signal generator Control signal 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. 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. In one embodiment of the invention it is provided that the analog-digital converter, which is the output voltage or a signal dependent on the output voltage into a digital Converts signal, an integrator or a low pass filter upstream, which is a retroactive effect in the short term Output voltage fluctuations on the control loop prevented. The integrator preferably has a time constant which is only a few periods of the bar with which the digital control signal provided and the switching converter depending on the digital control signal on or off become.
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 a Input voltage in one of a digital setting signal dependent output voltage is provided Switching converter stage with input terminals for feeding one Input voltage, output terminals to provide the output voltage and to provide with a control input, one of the Output voltage dependent signal in a digital from the Output voltage dependent signal to convert a digital Provide control signal from a digital Setting signal and the digital of the output voltage dependent signal is dependent, and the switching converter stage to be controlled 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. 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 stage in the inventive method at least two Switching converter units connected in parallel to the output terminal of the switching converter connected and which depends on the digital Control signal can be controlled. Preferably the Switching converter units of the switching converter stage depending on the digital control signal switched on or off to thereby the power consumption of the switching converter and the Power consumption the output voltage of the switching converter too regulate.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt The present invention is described below with reference to figures explained in more detail. In the figures shows
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, Fig. 3 shows exemplary time curves of selected in FIG. 2 is recorded 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 switching converter unit dependent (Fig. 4B) on the control signal,
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. In the figures, unless otherwise stated, same reference numerals 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. Aufgabe des Schaltwandlers ist es, diese Ausgangsspannung Uout weitgehend unabhängig von Schwankungen der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Last bereitzustellen. Fig. 1 shows a block diagram of a switching converter according to the invention with a digital input, to which a digital setting signal ES is present, on which an output voltage Uout applied to an output terminal OUT of the switching converter is dependent for supplying a load. The task of the switching converter is to provide this output voltage Uout largely independently of fluctuations in the load shown in dashed lines in FIG. 1.
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 comprises a switching converter stage 10 with input terminals for supplying an input voltage Uin, which is present in the exemplary embodiment against reference potential GND, an output which is connected to the output terminal OUT, and in the illustrated exemplary embodiment four control inputs, to 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. 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. In the exemplary embodiment shown, the switching converter stage 10 comprises four switching converter units 11 , 12 , 13 , 14 connected in parallel, to which the input voltage Uin present against the reference potential GND is supplied and which each have an output terminal OUT1, OUT2, OUT3, OUT4, which together lead to the output terminal OUT of the switching converter are connected. Each of the switching converter units 11 , 12 , 13 , 14 also has a control input IN1, IN2, IN3, IN4, each of the switching converter units 11-14 being supplied with one of the control signals S1-S4 at this input IN1-IN4.
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. An einem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 20 steht ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges digitales Signal US zur Verfügung. 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. 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. 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. The switching converter furthermore comprises a feedback branch with an analog-digital converter 20 , to which the output voltage Uout or, in another embodiment, an analog signal dependent on the output voltage Uout is supplied. A digital signal US which is dependent on the output voltage Uout is available at an output of the analog-digital converter 20 . The analog-to-digital converter 20 is followed by a digital filter 30 or a digital regulator 30 , to which the digital output voltage signal US is fed at a first input and the digital setting signal ES at a second input. Depending on the setting signal ES and the digital output voltage signal US, the digital controller 30 provides a digital control signal RS, depending on which the switching converter stage 10 is controlled. For converting the digital control signal RS into the control signals S1-S4 for the switching converter units 11-14 , a control logic 40 is provided which is connected between the digital controller 30 and the switching converter stage 10 and at whose outputs the control signals S1-S4 are available.
Die Ausgangsspannung Uout wird über die Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 geregelt. 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. Die Leistungsaufnahme der Schaltwandlerstufe 10 wird abhängig von dem Regelsignal bzw. den Ansteuersignalen S1-S4 geregelt. 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 output voltage Uout is regulated via the power consumption of the switching converter stage 10 . If, for example, the power consumption of the load drops and the output voltage Uout rises while the power consumption of the switching converter stage 10 initially remains the same, the power consumption of the switching converter stage 19 must be reduced in order to regulate the output voltage Uout to a value dependent on the digital setting signal ES. The power consumption of the switching converter stage 10 is controlled depending on the control signal or the control signals S1-S4. The individual switching converter units are designed such that they can be switched on or off independently of one another via the control signals S1-S4, in order thereby to regulate the power consumption of the switching converter stage 10 or 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. 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 , to which the setting signal Es, which forms the setpoint of the control loop, and the digital output voltage signal US, which represents the size of the control loop to be controlled, determines the control behavior of the switching converter. The digital controller 30 is dependent on the intended use of the switching converter and thus the desired control behavior, a proportional controller, a proportional-integral controller or an 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. Die Zeitkonstante dieses Integrierers ist daher lediglich etwas größer als Periodendauer solcher der Ausgangsspannung Uout auftretender kurzfristiger Schwankungen. An integrator 50 is optionally connected upstream of the analog-digital converter, which serves to ensure that short-term fluctuations in the output voltage Uout have no effects on the control loop. The time constant of this integrator is therefore only slightly greater than the period of such short-term fluctuations occurring in the output voltage Uout.
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. In the example, the individual switching converter units 11-14 can be switched on or off via the control signals S1-S4, and in the case in which the switching converter units 11-14 each have the same power consumption when switched on, the total power consumption of the switching converter stage 10 over the number of switched switching converter units 11-14 is adjustable.
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 have different power consumption when switched on, so that the total power consumption of the switching converter stage 10 can be regulated via the number and the selection of the switched switching converter units 11-14 .
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 can be constructed identically.
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. 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 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. The letter i in connection with the reference symbols for the output OUTi, the control input INi and the control signal Si each stands for one of the numbers 1 , 2 , 3 and 4 to denote 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 functioning of the switching converter unit according to FIG. 2, the load and the output capacitance Cout connected to the output OUT of the switching converter according to FIG. 1, over which the output voltage is present, are shown in broken lines.
Die Schaltwandlereinheit umfasst eine Reihenschaltung zweier Schalter SW1i, SW2i, die zwischen die Klemme für das positive Versorgungspotential und Bezugspotential GND geschaltet sind. Zwischen einem den beiden Schalter SW1i, SW2i gemeinsamen Knoten und die Ausgangsklemme OUTi ist ein induktives Speicherelement Li geschaltet. Die Schalter SW1i, SW2i sind abhängig von einem getakteten Ansteuersignal PSi komplementär angesteuert, d. h. jeweils einer der beiden Schalter SW1i, SW2i ist geschlossen, wenn der jeweils andere Schalter leitet. 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. Das getaktete Ansteuersignal PSi wird durch einen Pulssignalgenerator PGi abhängig von dem Ansteuersignal Si bereitgestellt. The switching converter unit comprises a series connection of two SW1i, SW2i switches between the terminal for the positive Supply potential and reference potential GND are switched. Between one of the two switches SW1i, SW2i common Node and the output terminal OUTi is an inductive Storage element Li switched. The switches SW1i, SW2i are complementary depending on a clocked drive signal PSi controlled, d. H. one of the two switches SW1i, SW2i is closed when the other switch passes. To control the switches SW1i, SW2i depending on the clocked drive signal PSi are driver circuits DRV1i, DRV2i provided, the clocked drive signal PSi in the embodiment of the driver DRVi of the first switch SW1i directly and the driver DRV2i of the second switch SW2i is fed via an inverter INV to the desired to achieve complementary switching behavior. The clocked Control signal PSi is generated by a pulse signal generator PGi depending on the control signal Si provided.
Das Ansteuersignal Si ist ein zweiwertiges Signal, welches dazu dient, die Schaltwandlereinheit einzuschalten oder auszuschalten. Der Pulssignalgenerator PGi erzeugt das getaktete Ansteuersignal PSi nach Maßgabe des Ansteuersignals Si, wie dies beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. 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. 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. The control signal Si is a two-value signal, which is used to switch the switching converter unit on or off. The pulse signal generator PGi generates the clocked control signal PSi in accordance with the control signal Si, as is shown by way of example in FIG. 3. If the control signal Si is at a high level, the pulse signal generator supplies a clocked control signal PSi, according to which the first and second switches SW1i, SW2i are opened and closed in a clocked manner. If the drive signal Si assumes a low level, the pulse signal generator PGi provides an output signal PSi with a constant amplitude, which is selected in the switching converter unit according to FIG. 2 such that the second switch SW2i is permanently closed and the first switch SW1i is permanent 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. 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. Die Leistungsaufnahme dieser Schaltwandlereinheit ist bei getakteter Ansteuerung abhängig von dem Duty-Cycle des getakteten Ansteuersignals, d. h. von dem zeitlichen Verhältnis zwischen der Einschaltdauer des ersten Schalters SW1i zu der Gesamtdauer eines Ansteuervorgangs. The switching converter unit according to FIG. 2 is switched off when the second switch SW1i is permanently closed and the first switch SW1i is permanently open, while the switching converter unit is switched on when the first switch SW1i is closed in a clocked manner. Each time the first switch SW1i is closed, the switching converter unit absorbs energy in a well-known manner, which it outputs via the inductive storage element Li to the load connected to the output terminal OUTi. The power consumption of this switching converter unit is dependent on the duty cycle of the clocked control signal, ie on the temporal relationship between the on-time of the first switch SW1i and the total duration of a control process.
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 control signal PSi supplied by the pulse signal generator PGi is constant, so that the switching converter unit according to FIG. 2 has a constant power consumption when switched on.
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. Die Frequenz f = 1/T entspricht der Frequenz, mit der das Regelsignal RS an der Ansteuerschaltung 40 anliegt. Diese Taktfrequenz f wird durch einen nicht näher dargestellten Taktgenerator bereitgestellt und ist auch dem Pulssignalgenerator PGi zugeführt. 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, being present a control pulse of the pulsed signal PSi during one clock period of this control signal Si and the duty cycle of the clocked signal PSi 3 is 1/2 in the illustration according to FIG . The frequency f = 1 / T corresponds to the frequency with which the control signal RS is applied to the control circuit 40 . This clock frequency f is provided by a clock generator, not shown, and is also supplied to the pulse signal generator 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 regulation of the power consumption of the partial converter stage 10 and thus the regulation of the output voltage Uout in the switching converter according to the invention takes place by switching on or switching off switching converter units connected in parallel as a function of digital control signals S1-S4, these digital control signals S1-S4 in turn from a digital, from the setting signal ES and the output voltage Uout dependent control signal are 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. 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 speed at which voltage fluctuations are readjusted at the output depends on the clock frequency f = 1 / T with which the control signals S1-S4 are present and the switching converter units 11-14 are switched on and off. The control accuracy increases with increasing clock frequency, especially since this also shortens the control pulses for actuating the switches SW1i, SW2i, as a result of which the energy consumed per switching operation and correspondingly delivered to the output terminal OUTi is reduced, which enables more precise regulation 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. Die aufgenommene Leistung ist dann abhängig von der Anzahl der in der Schaltwandlerstufe 10 parallel geschalteten Schaltwandlereinheit. In one embodiment of the invention, it is provided that the individual switching converter units are dimensioned identically, so that they each have the same power consumption when switched on. The power consumed is then dependent on the number of switching converter units connected in parallel in the switching converter stage 10 .
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die einzelnen Schaltwandlereinheiten so dimensioniert sind, dass sie in eingeschaltetem Zustand jeweils unterschiedliche Leistungsaufnahmen besitzen. Sind beispielsweise vier Schaltwandlereinheiten vorhanden, die sich in ihrer Leistungsaufnahme jeweils um eine Zweierpotenz unterscheiden, d. h. 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 24 = 16 unterschiedliche Leistungsaufnahmen einstellbar, um Lasten unterschiedlicher Leistungsaufnahme bei konstanter Ausgangsspannung Uout zu versorgen. In a further embodiment, it is provided that the individual switching converter units are dimensioned such that they each have different power consumption when switched on. For example, if there are four switching converter units that differ in power consumption by a power of two, i.e. 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 is twice that of the second switching converter unit 12 and the power consumption of fourth switching converter unit 14 twice the third switching converter unit 13 , 2 4 = 16 different power consumption can be set in order to supply loads of different power consumption with 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. 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. 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 mode of operation of the control logic 40 , which provides the control signals S1-S4 from the digital control signal RS, is explained below with reference to FIGS. 4 and 5. Fig. 4a shows a table in which 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 converter units is illustrated. The four columns on the right illustrate which of the switching converter units 11-14 is switched on, with a darkly filled field marking a switched-on 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 for the beat of a clock signal with the frequency = 1 / T are present.
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 time profiles according to FIG. 4b show that with an increasing amplitude of the control signal RS, more switching converter units are switched on, and if the amplitude of the control signal RS is not zero, the switching converter unit 11 is always switched on while the switching converter units 11 , 12 and 13 are switched on in succession 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. On the one hand, an increasing amplitude of the control signal RS can this results in the setting signal ES changing to set a different output voltage Uout, for which a changed power consumption is required or that due to a load fluctuation on the Output terminal OUT has changed the output voltage Uout so that a change in power consumption is required in order to Output voltage Uout to the by the setting signal ES readjust the specified target value.
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. 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. The control signal RS, from which the control signals S2-S4 are generated for four switching converter units 11-14 , is a digital signal with a length of 3 bits, values in the left part of the table in FIG. 5a showing values from 0 to 4 of this control signal RS in binary form are, where RS [1] represents the least significant bit and RS [3] represents the most significant bit of this control signal. In the right part of the table, depending on the value of the control signal, the switching converter units that are switched on are represented by a 1 and the switching converter units that are switched off are represented by a 0.
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. 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. 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. Fig. 5b shows an embodiment of a control logic 40 for providing the drive signals S1-S4 depending on individual bits RS [1], RS [2], RS [3] of the digital control signal. According to FIG. 4 and the table in FIG. 5a developed therefrom, the switching converter 11 is always controlled via the first control signal S1 if the control signal RS is greater than 0, that is if one of the bits is greater than 1, so that this control signal S1 at the output of a OR gate OR1 is available, to which the three bits of the control signal RS are supplied. The second control signal S2 is available at the output of an OR gate OR2, to which the most significant bit RS [3] and the bit RS [2] are fed.
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 control signal S3 results from an OR operation of the most significant bit RS [3] and one from an und Linking the least significant bit and the RS bit [2] resulting signal.
Das Ansteuersignal S4 entspricht dem höchstwertigen Bit RS[3]. The control 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 presentation it was assumed that the drive signals S1-S4 are divalent signals that each for the duration of the clock period with which the Control signal RS is present, a high level or a low level to switch the converter units on or off 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, the pulse signal generators, one of which is shown in FIG. 2, can also be part of the control logic, so that signals which are already clocked and are suitable for controlling the switches in the switching converter units are present at the output of the control logic 40 .
Fig. 6 zeigt eine Tabelle entsprechend Fig. 4a, für ein weiteres Ansteuerschema der Schaltwandlereinheiten 11-14 abhängig von dem Regelsignal. Bei diesem Schema werden die Schaltwandlereinheiten 11-14 zyklisch angesteuert, d. h. bei einer Amplitude des Regelsignals von 1 werden beispielsweise nacheinander die Schaltwandlereinheiten 11, 12, 13 und 14 angesteuert. Bei einer Amplitude von 3 wechselt die jeweils nicht angesteuerte Schaltwandlereinheit zyklisch. Fig. 6 shows a table corresponding to Fig. 4a, for a further control scheme of the switching converter units 11-14 depending on the control signal. In this scheme, the switching converter units 11-14 are driven cyclically, that is to say, with an amplitude of the control signal of 1, the switching converter units 11 , 12 , 13 and 14 are driven one after the other. At an amplitude of 3, the switching converter unit that is not triggered changes cyclically.
Abschließend zeigt Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Reglers 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. Der in Fig. 7 dargestellte Regler besitzt Proportional-Integral-Verhalten. Die Zeitkonstante des digitalen Integrierers INT ist vorzugsweise groß gegenüber der Taktperiode, mit der das digitale Regelsignal RS bereitgestellt wird. 7 shows an exemplary embodiment of a digital controller 30 . This digital controller 30 comprises a subtractor, which provides a digital difference signal RS 'from the input signal ES and the digital signal dependent on the output voltage, which is supplied to an integrator INT and is added to the output signal of the integrator INT to form the control signal RS. The controller shown in Fig. 7 has proportional-integral behavior. The time constant of the digital integrator INT is preferably large compared to 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. 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. 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. If in the switching converter according to the invention the output voltage Uout and thus the digital output voltage signal US increases, the control signal RS decreases and the number of switching converter units switched on via the control logic 40 is reduced in order to reduce the power consumption and to counteract a further increase in the output voltage Uout. If the output voltage Uout and thus the digital output voltage signal US decrease, the control signal RS increases and the number of switching converter units switched on is increased, thereby increasing the power consumption and thereby counteracting a further drop in the output voltage Uout. An increase in the setting signal ES increases the control signal RS and thus the output voltage Uout, while a decreasing setting signal ES decreases the control signal RS and thus the output voltage Uout.
Der erfindungsgemäße Schaltwandler ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung von vier Schaltwandlereinheiten beschränkt. Selbstverständlich können beliebig viele parallel geschaltete Schaltwandlereinheiten verwendet werden. 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 according to the invention is self-evident not on the use of four switching converter units limited. Of course, any number can be in parallel switched switching converter units are used. The switching converter according to the invention even works with Use only one switching converter unit, the digital Control signal RS then only a control signal of length 1 bit which is directly for switching the Switching converter unit can be used, the one Switching converter is switched on when the control signal is one, and is switched 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 with several parallel switching converter units individual switching converter units when switched on which have constant power consumption in each case, which can be achieved, for example, by the fact that Switches SW1i, SW2i are controlled with a control signal PSi that has a constant duty cycle.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, auch
Schaltwandlereinheiten zu verwenden deren Leistungsaufnahme beispielsweise
abhängig von der Ausgangsspannung Uout schwankt. 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. 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.
Bezugszeichenliste
ADD1 Subtrahierer
ADD2 Addierer
DRV1i, DRV2i Treiberschaltungen
ES digitales Eingangssignal
GND Bezugspotential
IN1, IN2, IN3, IN4 Ansteuereingänge
INi Ansteuereingang
INT Integrierer
INV Inverter
Li induktives Speicherelement
ODER1, ODER2, ODER3 Oder-Glieder
Out Ausgang
Out1, Out2, Out3, Out4 Spannungsausgänge
OUTi Ausgang
PGi Pulssignalgenerator
PSi getaktetes Ansteuersignal
RS' Differenzsignal
RS digitales Regelsignal
S1, S2, S3, S4 Ansteuersignale
Si Ansteuersignal
SW1i, SW2i Schalter
Uin Eingangsspannung
UND1 UND-Glied
Uout Ausgangsspannung
US digitales Ausgangsspannungssignal
10 Schaltwandlerstufe
20 Analog-Digital-Wandler
30 digitale Regelschaltung
11, 12, 13, 14 Schaltwandlereinheit
50 Integrierer
In addition, there is the possibility of using switching converter units whose power consumption fluctuates, for example, depending on the output voltage Uout. For this purpose, a control loop is provided in the respective switching converter unit, which varies the pulse durations of the control signal PSi in the switched-on state of the respective switching converter unit depending on the output voltage Uout. The pulse signal generator PGi is then designed as a pulse width modulator, which generates a control signal PSi with pulses of variable time duration, which depends on the output voltage, the pulse signal generator PGi being switched on and off by the control signal Si, that is to say a pulsed output signal with a variable pulse duration PSi or provides a constant output signal PSi (for opening the switch SW1i). LIST OF REFERENCE NUMBERS ADD1 subtractor
ADD2 adder
DRV1i, DRV2i driver circuits
ES digital input signal
GND reference potential
IN1, IN2, IN3, IN4 control inputs
INi control input
INT integrator
INV inverter
Li inductive storage element
OR1, OR2, OR3 OR gates
Out exit
Out1, Out2, Out3, Out4 voltage outputs
OUTi output
PGi pulse signal generator
PSi clocked control signal
RS 'difference signal
RS digital control signal
S1, S2, S3, S4 control signals
Si control signal
SW1i, SW2i switch
Uin input voltage
UND1 AND gate
Uout output voltage
US digital output voltage signal
10 switching converter stage
20 analog-digital converters
30 digital control circuit
11 , 12 , 13 , 14 switching converter unit
50 integrators
Claims (19)
Priority Applications (1)
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