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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft mehrphasige Leistungswandler einschließlich mehrphasiger
Leistungswandler mit ausgeglichenen Strömen.
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HINTERGRUND
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen
bezüglich
der vorliegenden Offenbarung bereit und bilden möglicherweise keinen Stand der
Technik.
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Es
sind verschiedene mehrphasige Leistungswandler bekannt, die mehrere
parallel verbundene Phasenschaltungen aufweisen. Typischerweise umfasst
jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter, um Leistung an eine
Ausgangslast zu liefern, und einen Tastverhältniscontroller, um das Tastverhältnis des
Leistungsschalters zu steuern. Diese bekannten Konzepte ermöglichen
allgemein, dass ein Eingangsstrom auf die Phasenschaltungen aufgeteilt
wird, wodurch der Wirkungsgrad des Leistungswandlers erhöht wird.
Zudem kann ein Betreiben der Phasenschaltungen mit verschiedenen
Phasenwinkeln Eingangs- und Ausgangsrestwelligkeitsströme des Leistungswandlers
aufheben.
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Die
Vorteile des Wirkungsgrads und der Aufhebung der Eingangs- und Ausgangsrestwelligkeitsströme können jedoch
beeinträchtigt
werden, wenn die Ströme
in den Phasenschaltungen nicht ausgeglichen sind. Un terschiede bei
den Widerstandswerten von Schaltungselementen, wie etwa Schaltern,
Induktivitäten
und Leiterbahnwiderstandswerten einer Platine können derartige unausgeglichene
Ströme verursachen.
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Es
sind verschiedene Konzepte bekannt, die versuchen, die Ströme in den
Phasenschaltungen auszugleichen. Zum Beispiel verwenden einige Leistungswandler
eine Spitzenstrommodussteuerung, welche versucht, den Spitzenstrom
in jeder Phasenschaltung direkt zu steuern.
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1 veranschaulicht
einen Spannungserhöhungswandler 100,
der die Spitzenstrommodussteuerung implementiert. Der Spannungserhöhungswandler 100 umfasst
einen DC-Eingang V1, der mit drei Phasenschaltungen 102a–c verbunden
ist, und einen synchronen Generator 104, welcher jede Phasenschaltung 102a–c so synchronisiert,
dass sie mit einer Phasenwinkeldifferenz von 120 Grad mit Bezug auf
die anderen Phasenschaltungen arbeitet. Zudem umfasst der Spannungserhöhungswandler 100 eine Diode
D4, eine Ausgangslast R11, Widerstände R9 und R10 und einen Kondensator
C4.
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Die
Phasenschaltung 102a umfasst eine Induktivität L1, Schalter
Q1 und Q2, einen Leistungsschalter Q3, Widerstände R2–R6 und R8, Dioden D1–D3, Kondensatoren
C2–C3
und einen Tastverhältniscontroller
IC1. Der Tastverhältniscontroller
IC1 umfasst einen (nicht gezeigten) internen Spannungsfehlerverstärker, einen
Ausgangskontakt des Spannungsfehlerverstärkers COMP, einen Stromerfassungskontakt
ISNS, einen invertierenden Eingangskontakt des Spannungsfehlerverstärkers VFB,
einen Oszillatorkontakt RT/CT, einen Referenzspannungskontakt VREF
und einen Ausgangskontakt VOUT, welcher mit dem Leistungsschalter
Q3 verbunden ist, um das Tastverhältnis des Leistungsschalters
Q3 (d. h. die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit des Leistungsschalters
Q3) zu steuern.
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Die
Schaltungselemente in der Phasenschaltung 102a sind identisch
zu den Schaltungselementen in den Phasenschaltungen 102b–c, mit
der Ausnahme, dass die Phasenschaltungen 102b–c den Widerstand
R8 und den Kondensator C3 nicht enthalten.
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Im
Betrieb des Leistungswandlers 100 liefert ein Spannungsteiler,
der von den Widerstanden R9 und R10 gebildet ist, einen Abtastwert
der Spannung an der Ausgangslast R11, welche in den Tastverhältniscontroller
IC1 der Phasenschaltung 102a eingegeben wird. Der interne
Spannungsfehlerverstärker
der Phasenschaltung 102a berechnet ein Fehlerspannungssignal
und gibt dieses aus, welches eine verstärkte Differenz der abgetasteten
Spannung und einer internen Referenzspannung (typischerweise 2,5 Volt)
ist. Der COMP-Kontakt ist mit dem Ausgang des internen Spannungsfehlerverstärkers verbunden
und empfängt
somit das Fehlerspannungssignal. Der COMP-Kontakt der Phasenschaltung 102a ist
auch mit den COMP-Kontakten der Phasenschaltungen 102b–c verbunden.
Somit ist das Fehlerspannungssignal für alle drei Phasenschaltungen
im Wesentlichen die gleiche Spannung.
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Zudem
erfasst der Stromwandler T1 einen Strom in dem Leistungsschalter
Q3, und es wird ein Spannungssignal, das zu dem Strom in dem Leistungsschalter
Q3 proportional ist, über
die Diode D1 und den Widerstand R2 in den ISNS-Kontakt eingegeben.
Der Tastverhältniscontroller
IC1 vergleicht das Spannungssignal an dem ISNS-Kontakt mit einem
Strombegrenzungssignal, welches eine Spannung ist, die zu dem Fehlerspannungssignal
proportional ist. Der Leistungsschalter Q3 wird ausgeschaltet, wenn
die Spannung an dem ISNS-Kontakt gleich dem Strombegrenzungssignal
ist oder dieses überschreitet.
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Wie
von dem Erfinder erkannt wurde, besteht jedoch ein Nachteil bei
dem Spitzenstromsteuerungsmodus darin, dass der Spannungserhöhungswandler 100 naturgegeben
instabil ist, wenn die Source-Impedanz maßgeblich induktiv ist. Eine
bekannte Lösung
besteht darin, über
den DC-Eingang V1
einen großen
Kondensator, welcher teuer und klobig sein kann, hinzuzufügen.
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Eine
weitere Lösung
für das
Instabilitätsproblem
bestand darin, eine Spannungsmodussteuerung zu implementieren, welche
durch einen in 2 gezeigten Spannungserhöhungswandler 200 veranschaulicht
ist. Der Spannungserhöhungswandler 200 weist
den DC-Eingang V1 auf, der mit drei Phasenschaltungen 202a–c verbunden
ist, und den synchronen Generator 104, welcher die Phasenschaltungen 202a–c so synchronisiert,
dass sie mit einer Phasenwinkeldifferenz von 120 Grad mit Bezug
auf die anderen Phasenschaltungen arbeiten. Zudem umfasst der Spannungserhöhungswandler 200 die
Diode D4, die Ausgangslast R11, die Widerstände R9 und R10 und den Kondensator
C4.
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Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst die Phasenschaltung 202a die
Induktivität
L1, die Schalter Q1 und Q2, den Leistungsschalter Q3, die Widerstände R4,
R6–R8
und einen Widerstand R12, die Kondensatoren C2–C3 und den Tastverhältniscontroller
IC1. Die Schaltungselemente in der Phasenschaltung 202a sind
identisch zu den Schaltungselementen in den Phasenschaltungen 202b–c, mit
der Ausnahme, dass die Phasenschaltungen 202b–c den Widerstand
R8 und den Kondensator C3 nicht enthalten.
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Anders
als bei der Spitzenstrommodussteuerung enthalten die Phasenschaltungen 202a–c keinen
Stromsensor. Stattdessen wird im Betrieb des Spannungserhöhungswandlers 200 ein
oszillierendes Wellenformsig nal an dem RT/CT-Kontakt des Tastverhältniscontrollers
IC1 durch den Schalter Q2 gepuffert und wird in den ISNS-Kontakt
des Tastverhältniscontrollers
IC1 über
einen Spannungsteiler eingegeben, der von den Widerständen R7
und R12 gebildet ist. Die Spannung an dem ISNS-Kontakt wird dann
mit dem Strombegrenzungssignal verglichen. Wenn die Spannung des
oszillierenden Wellenformsignals gleich dem Strombegrenzungssignal
ist oder dieses überschreitet,
wird der Leistungsschalter Q3 ausgeschaltet.
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Wie
von dem Erfinder erkannt wurde, besteht jedoch ein Nachteil der
Spannungsmodussteuerung darin, dass die Ströme in den Phasenschaltungen 202a–c schlecht
ausgeglichen sind, hauptsächlich aufgrund
leichter Fehlanpassungen zwischen verschiedenen Schaltungselementen
in jeder Phasenschaltung 202a–c, welche die Tastverhältnisse
jedes Tastverhältniscontrollers
IC1, die Widerstandswerte jedes Leistungsschalters Q3 und die Widerstandswerte
jeder Induktivität
L1 umfassen.
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Zusätzlich zu
der Spitzenstrommodussteuerung und der Spannungsmodussteuerung sind
andere Konzepte bekannt, welche versuchen, Phasenschaltungsströme auszugleichen.
Diese Konzepte benötigen
typischerweise Stromvergleichsschaltungen, wie etwa Stromfehlerverstärker, welche
zu der Komplexität
des Leistungswandlers beitragen und/oder den Wirkungsgrad desselben
verringern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Weitere
Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung
offenbar. Es sollte verstanden sein, dass die Beschreibung und spezielle
Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken gedacht sind, und nicht
dazu gedacht sind, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung
zu beschränken.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Leistungswandler
mehrere Phasenschaltungen, wobei jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter
zum Liefern von Leistung an einen Ausgang des Leistungswandlers,
einen mit dem Leistungsschalter verbundenen Stromsensor zum Erfassen
eines Stroms in dem Leistungsschalter, einen Tastverhältniscontroller
mit einem Ausgang, der mit dem Stromsensor verbunden ist, und ein
Tiefpassfilter, das mit dem Stromsensor verbunden ist, umfasst.
Das Tiefpassfilter ist ausgestaltet, um ein Stromsignal, das im
Wesentlichen Gleichstrom darstellt, zu erzeugen, das proportional
zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist. Ferner ist
der Tastverhältniscontroller
ausgestaltet, um das Gleichstromsignal zu empfangen und ein Tastverhältnis des
Leistungsschalters in Ansprechen auf das Gleichstromsignal zu steuern,
wodurch die Ströme
in den Phasenschaltungen ausgeglichen werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, einem Verfahren zum
Ausgleichen der Ströme
in einem Leistungswandler, umfasst das Verfahren, dass mehrere Phasenschaltungen bereitgestellt
werden, wobei jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter, einen
Stromsensor, ein Tiefpassfilter und einen Tastverhältniscontroller
aufweist. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Stromsignal erzeugt
wird, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches zu einem
Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter proportional ist, und
dass Ströme in
den Phasenschaltungen in Ansprechen auf das Stromsignal, das im
Wesentlichen Gleichstrom darstellt, im Wesentlichen ausgeglichen
werden.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Leistungswandler drei Phasenschaltungen,
die mit einer Phasenwinkeldifferenz von etwa 120 Grad arbeiten, wobei
jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter zum Liefern von Leistung
an einen Ausgang des Leistungswandlers, einen Stromwandler zum Erfassen
eines Stroms in dem Leistungsschalter, ein Tiefpassfilter und einen
Tastverhältniscontroller
umfasst. Der Leistungsschalter ist mit dem Stromwandler und einem
Ausgang des Tastverhältniscontrollers
verbunden, der Stromwandler ist mit dem Tiefpassfilter verbunden,
und das Tiefpassfilter ist mit dem Tastverhältniscontroller verbunden.
Ferner ist das Tiefpassfilter so ausgestaltet, dass es ein Stromsignal
erzeugt, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches proportional
zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist, und der
Tastverhältniscontroller
ist ausgestaltet, um das Gleichstromsignal zu empfangen. Der Tastverhältniscontroller
steuert ein Tastverhältnis
des Leistungsschalters in Ansprechen auf das Gleichstromsignal,
wodurch die Ströme
in den Phasenschaltungen ausgeglichen werden.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hierin beschriebenen Zeichnungen sind nur zu Veranschaulichungszwecken
und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung
in irgendeiner Weise zu beschränken.
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1 ist
ein Schaltplan eines Spannungserhöhungswandlers nach dem Stand
der Technik.
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2 ist
ein weiterer Schaltplan eines Spannungserhöhungswandlers nach dem Stand
der Technik.
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3 ist
ein Schaltplan eines Spannungserhöhungswandlers gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Nachstehend
werden veranschaulichende Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Der Klarheit wegen sind
nicht alle Merkmale einer tatsächlichen
Implementierung in dieser Beschreibung beschrieben. Es ist festzustellen,
dass bei der Entwicklung einer tatsächlichen Ausführungsform
zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen
werden müssen,
um spezielle Ziele zu erreichen, wie etwa Leistungsvorgaben und Einhaltung
systembezogener, geschäftsbezogener und/oder
umweltbezogener Beschränkungen.
Darüber
hinaus ist festzustellen, dass derartige Entwicklungsbemühungen komplex
und zeitaufwändig
sein können,
aber dennoch ein Routineunterfangen für den Fachmann ist, der Nutzen
aus dieser Offenbarung zieht.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Leistungswandler
mehrere Phasenschaltungen, wobei jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter
zum Liefern von Leistung an einen Ausgang des Leistungswandlers,
einen Stromsensor, der mit dem Leistungsschalter verbunden ist, um
einen Strom in dem Leistungsschalter zu erfassen, einen Tastverhältniscontroller
mit einem Ausgang, der mit dem Stromsensor verbunden ist, und ein
Tiefpassfilter, das mit dem Stromsensor verbunden ist, umfasst.
Das Tiefpassfilter ist ausgestaltet, um ein Stromsignal zu erzeugen,
das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches proportional
zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist. Der Tastverhältniscontroller
ist ferner ausgestaltet, um das Gleichstromsignal zu empfangen und
ein Tastverhältnis
des Leistungsschalters in Anspre chen auf das Gleichstromstromsignal
zu steuern, wodurch die Ströme
in den Phasenschaltungen ausgeglichen werden.
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Ein
beispielhafter Spannungserhöhungswandler,
der allgemein durch das Bezugszeichen 300 bezeichnet ist,
welcher den unmittelbar voranstehend beschriebenen Aspekt der Offenbarung
beinhaltet, wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben. Der
Spannungserhöhungswandler 300 umfasst
den DC-Eingang V1, der mit drei Phasenschaltungen 302a–c verbunden
ist, und den synchronen Generator 104, welcher die Phasenschaltungen 302a–c so synchronisiert,
dass sie mit einer Phasenwinkeldifferenz von etwa 120 Grad mit Bezug
zu den anderen Phasenschaltungen arbeiten. Zudem umfasst der Spannungserhöhungswandler 100 die
Diode D4, die Ausgangslast R11, die Widerstände R9 und R10 und den Kondensator
C4.
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Die
Phasenschaltung 302a umfasst die Induktivität L1, die
Schalter Q1 und Q2, den Leistungsschalter Q3, die Widerstände R2–R4, R6–R8 und R12,
die Dioden D1–D3,
die Kondensatoren C2–C3 und
den Tastverhältniscontroller
IC1. Ferner umfasst die Phasenschaltung 203a auch einen
Widerstand R1 und ein Tiefpassfilter 304, das den Widerstand
R2 und einen Kondensator C1 umfasst. Diese Schaltungselemente sind
identisch zu den Schaltungselementen in den Phasenschaltungen 302b–c mit der Ausnahme,
dass die Phasenschaltungen 302b–c den Widerstand R8 und den
Kondensator C3 nicht umfassen.
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Ähnlich wie
bei der Spannungsmodussteuerung wird im Betrieb des Spannungserhöhungswandlers 300 das
oszillierende Wellenformsignal an dem RT/CT-Kontakt des Tastverhältniscontrollers
IC1 durch den Schalter Q2 gepuffert und wird über einen Spannungsteiler,
der von den Widerständen
R7 und R12 gebildet ist, in den ISNS-Kontakt des Tastverhältniscontrollers
IC1 eingegeben.
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Zudem
erfasst der Stromwandler T1 den Strom in dem Leistungsschalter Q3,
und das Tiefpassfilter 304 empfangt über die Dioden D1–D3 und den
Widerstand R3 ein Signal, das proportional zu dem Strom in dem Leistungsschalter
Q3 ist. Es wird angemerkt, dass das Tiefpassfilter 304 eine
Zeitkonstante (d. h. Widerstand R2·Kondensator C1) aufweist,
die länger,
typischerweise mehr als 100 mal länger, als die Schaltperiode
des Leistungsschalters Q3 ist. Als Folge ist die Spannung an C1
ein Stromsignal, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt (DC-Signal),
das zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter Q3 proportional
ist. Das DC-Signal wird von den Widerstanden R1 und R7 geteilt und
an dem ISNS-Kontakt zu dem oszillierenden Wellenformsignal addiert.
Wie nachstehend gezeigt ist, stellt das DC-Signal für jede jeweilige
Phasenschaltung 302a–c
den Strom in jeder jeweiligen Phasenschaltung 302a–c effektiver
ein als die Spannungsmodussteuerung.
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In
der Situation beispielsweise, in welcher der Strom an der Ausgangslast
R11 ansteigt, sollten die Phasenschaltungen 302a–c unter
der Annahme einer gleichen Stromverteilung jeweils ein Drittel des Anstiegs
bei dem Laststrom übernehmen.
Entsprechend sollte das DC-Signal in jeder Phasenschaltung 302a–c auch
ansteigen, wodurch die Spannung des oszillierenden Wellenformsignals
in jeder Phasenschaltung 302a–c erhöht wird. Die Addition des DC-Signals
in jeder Phasenschaltung 302a–c wird bewirken, dass das
oszillierende Wellenformsignal in jeder Phasenschaltung 302a–c dem Strombegrenzungssignal
schneller gleicht oder es überschreitet als
der Spannungserhöhungswandler 200,
der in der Spannungsmodussteuerung arbeitet.
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Außerdem sollte
in der Situation, in der ein Ansteigen des Widerstandswerts des
Leistungsschalters Q3 in der Phasenschaltung 302a vorliegt, der Strom
in der Phasenschaltung 302a abnehmen, was eine entsprechende
Abnahme des DC-Signals bewirken wird. Die Abnahme des DC-Signals
wird eine Abnahme der Spannung des oszillierenden Wellenformsignals
an dem ISNS-Kontakt bewirken. Als Folge wird das oszillierende Wellenformsignal
dem Strombegrenzungssignal langsamer gleichen oder es überschreiten
als der Spannungserhöhungswandler 200,
der in der Spannungsmodussteuerung arbeitet. Entsprechend wird der
Leistungsschalter Q3 länger
eingeschaltet bleiben, was ein Ansteigen des Stroms in der Phasenschaltung 302a bewirkt.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann sich das Fehlerspannungssignal relativ langsam im Vergleich
mit der Schaltfrequenz des Leistungsschalters Q3 ändern. Ferner
kann sich das DC-Signal noch langsamer ändern, sodass die Änderung
bei dem Tastverhältnis,
die das DC-Signal verursacht, so langsam ist, dass das Tastverhältnis über aufeinanderfolgende
Schaltperioden konstant erscheint.
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Zusätzlich zu
der Einstellung der Ströme
in den Phasenschaltungen 302a–c ist zu erkennen, dass das
DC-Signal auch die Ströme
in jeder der Phasenschaltungen 302a–c ausgleicht. Insbesondere
ist das Fehlerspannungssignal für
jede der Phasen 302a–c
im Wesentlichen gleich, da der Ausgang des internen Spannungsfehlerverstärkers mit
den COMP-Kontakten
aller Phasenschaltungen 302a–c verbunden ist. Als Folge
ist das Strombegrenzungssignal für
jede der Phasen 302a–c
auch im Wesentlichen gleich, da das Strombegrenzungssignal zu dem Fehlerspannungssignal
proportional ist. Das DC-Signal für jede jeweilige Phasenschaltung 302a–c kann jedoch
unterschiedlich sein, weil jedes DC-Signal zu dem Strom in jedem
jeweiligen Leistungsschalter Q3 proportional ist. Als Folge können die
DC-Signale für jede
jeweilige Phasenschaltung 302a–c Stromzunahmen oder -abnahmen
in jedem jeweiligen Leistungsschalter Q3 unabhängig korrigieren. Diese unabhängige Korrektur
des Stroms in jedem jeweiligen Leistungsschalter Q3 hat die Auswirkung,
dass die Ströme
in den Phasenschaltungen 302a–c ausgeglichen werden.
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Im
Gegensatz zu der Spannungsmodussteuerung nach dem Stand der Technik
können
die Ströme
in den Phasen 302a–c
trotz Fehlanpassungen bei den Widerstandswerten jedes der Leistungsschalter Q3
und den Widerstandswerten der Induktivität L1 ausgeglichen bleiben.
Zudem kann im Gegensatz zu der Spitzenstrommodussteuerung nach dem
Stand der Technik der Spannungserhöhungswandler 300 stabil
bleiben, selbst wenn die Source-Impedanz maßgeblich induktiv ist. Somit
kann der Spannungserhöhungswandler 300 den
Bedarf für
einen teuren und klobigen Kondensator über den DC-Eingang V1 beseitigen.
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Obwohl 3 das
Tiefpassfilter 304 so veranschaulicht, dass es einen Widerstand
und einen Kondensator zur Erzeugung des DC-Signals umfasst, sollte
verstanden sein, dass andere geeignete Filter verwendet werden können, um
das DC-Signal zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein aktives Filter
verwendet werden, das einen Operationsverstärker in Kombination mit mehreren
Widerständen
und Kondensatoren verwendet, um das DC-Signal zu erzeugen, ohne den Schutzumfang
dieser Offenbarung zu verlassen.
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Zudem
sollte es verstanden sein, dass, obwohl der Spannungserhöhungswandler 300 drei Phasenschaltungen 302a–c aufweist,
mehr oder weniger als drei Phasenschaltungen verwendet werden können, ohne
den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen. Darüber hinaus
sollte es verstanden sein, dass, obwohl jede Phasenschaltung in
dem Spannungserhöhungswandler 300 mit
einer Phasenwinkeldifferenz von 120 Grad betrieben wird, die Phasenschaltungen 302a–c mit einer
beliebigen Pha senwinkeldifferenz betrieben werden können, oder
in Phase betrieben werden können,
ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen. Es wird angemerkt,
dass ein Betreiben der Phasen mit einer Phasenwinkeldifferenz von
360/N, wobei N die Anzahl der Phasen ist, die maximale Aufhebung
der Eingangs- und Ausgangs-Restwelligkeitsströme liefern kann.
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Darüber hinaus
sollte es verstanden sein, dass, obwohl 3 einen
Spannungserhöhungswandler
veranschaulicht, die Lehrungen dieser Offenbarung nicht auf derartige
Wandler begrenzt sind. Zum Beispiel können die Lehren der vorliegenden
Offenbarung auf andere geeignete Leistungswandler angewandt werden,
wie etwa nicht isolierte Abwärtswandler,
einseitige Vorwärtswandler,
einseitige Sperrwandler, Halbbrückenwandler
und Vollbrückenwandler,
ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen.
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Der
Leistungsschalter Q3 kann ein MOSFET oder ein anderes geeignetes
Schaltelement, wie etwa ein Bipolartransistor (BJT), ein Bipolartransistor mit
isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder irgendeine Leistungsschalteinrichtung
sein, welche zwischen eingeschalteten und ausgeschalteten Zuständen gesteuert
werden kann, ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen.
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Ferner
kann der Tastverhältniscontroller
IC1 ein beliebiger geeigneter Pulsbreitenmodulationscontroller (PWM-Controller)
sein, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist.
Zum Beispiel kann der Spannungserhöhungswandler 300 ein
selbstoszillierender Leistungswandler sein und würde daher keinen PWM-Controller
benötigen.
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Obwohl 3 einen
Stromwandler T1 veranschaulicht, sollte es verstanden sein, dass
andere geeignete Stromerfassungseinrichtungen, wie etwa ein Stromerfassungswiderstand
oder ein Halleffekt-Sensor verwendet werden können, ohne den Schutzumfang
dieser Offenbarung zu verlassen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann der Spannungserhöhungswandler 300 einen
Eingangsspannungsbereich von mindestens 20 Volt bis 60 Volt aufweisen
und kann einen Leistungsbereich von 500 Watt bis über 1 kW
bewältigen.
Zudem kann der Spannungserhöhungswandler 300 eine
wesentliche Nachlaufzeit von mehreren Millisekunden bei einer minimalen
Eingangsspannung und voller Leistung aufweisen. Der Spannungserhöhungswandler 300 kann
auch in einem Gehäuse
platziert werden, wobei sämtliche
Wärme durch
einen Basisplatten-Kühlkörper dissipiert
wird.
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Zusammenfassung
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Ein
Leistungswandler (300) umfasst mehrere Phasenschaltungen
(302a–302c),
wobei jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter (Q3) zur Lieferung
von Leistung an einen Ausgang des Leistungswandlers, einen Stromsensor
(T1), der mit dem Leistungsschalter zum Erfassen eines Stroms in
dem Leistungsschalter verbunden ist, einen Tastverhältniscontroller
(IC1) mit einem Ausgang, der mit dem Stromsensor verbunden ist,
und ein Tiefpassfilter (304), das mit dem Stromsensor verbunden
ist, umfasst. Das Tiefpassfilter ist ausgestaltet, um ein Stromsignal
zu erzeugen, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches
proportional zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter
ist. Der Tastverhältniscontroller
ist ausgestaltet, um das Gleichstromsignal zu empfangen und steuert
ein Tastverhältnis
des Leistungsschalters in Ansprechen auf das Gleichstromsignal,
wodurch die Ströme
in den Phasenschaltungen ausgeglichen werden.