DE112007001128T5 - Mehrphasiger Leistungswandler mit ausgeglichenen Strömen - Google Patents

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Abstract

Leistungswandler, der mehrere Phasenschaltungen umfasst, wobei jede Phasenschaltung umfasst:
einen Leistungsschalter zur Lieferung 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 mit dem Stromsensor verbundenes Tiefpassfilter,
wobei das Tiefpassfilter ausgestaltet ist, um ein Stromsignal zu erzeugen, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches proportional zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist, und wobei der Tastverhältniscontroller ausgestaltet ist, 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.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft mehrphasige Leistungswandler einschließlich mehrphasiger Leistungswandler mit ausgeglichenen Strömen.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung bereit und bilden möglicherweise keinen Stand der Technik.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZEICHNUNGEN
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen sind nur zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken.
  • 1 ist ein Schaltplan eines Spannungserhöhungswandlers nach dem Stand der Technik.
  • 2 ist ein weiterer Schaltplan eines Spannungserhöhungswandlers nach dem Stand der Technik.
  • 3 ist ein Schaltplan eines Spannungserhöhungswandlers gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung
  • Ein Leistungswandler (300) umfasst mehrere Phasenschaltungen (302a302c), 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.

Claims (20)

  1. Leistungswandler, der mehrere Phasenschaltungen umfasst, wobei jede Phasenschaltung umfasst: einen Leistungsschalter zur Lieferung 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 mit dem Stromsensor verbundenes Tiefpassfilter, wobei das Tiefpassfilter ausgestaltet ist, um ein Stromsignal zu erzeugen, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches proportional zu dem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist, und wobei der Tastverhältniscontroller ausgestaltet ist, 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.
  2. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei das Tiefpassfilter eine Widerstands-Kondensator-Schaltung ist.
  3. Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei eine Zeitkonstante der Widerstands-Kondensator-Schaltung länger als eine Schaltperiode des Leistungsschalters ist.
  4. Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei die Zeitkonstante mehr als 100 mal länger als die Schaltperiode ist.
  5. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Leistungswandler drei Phasenschaltungen umfasst.
  6. Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei die drei Phasenschaltungen mit einer Phasenwinkeldifferenz von etwa 120 Grad arbeiten.
  7. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Phasenschaltungen mit einer Phasenwinkeldifferenz von 360/N Grad arbeiten, wobei N die Anzahl der Phasen ist.
  8. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Stromsensor ein Stromwandler ist.
  9. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Tastverhältniscontroller ein Pulsbreitenmodulationscontroller ist.
  10. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Leistungsschalter ein MOSFET ist.
  11. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Leistungswandler ein Spannungserhöhungswandler ist.
  12. Verfahren zum Ausgleichen der Ströme in einem Leistungswandler, wobei das Verfahren umfasst, dass: mehrere Phasenschaltungen bereitgestellt werden, wobei jede Phasenschaltung einen Leistungsschalter, einen Stromsensor, ein Tiefpassfilter und einen Tastverhältniscontroller aufweist, ein Stromsignal erzeugt wird, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, welches proportional zu einem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist, und Ströme in den Phasenschaltungen in Ansprechen auf das Stromsignal, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, im Wesentlichen ausgeglichen werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass ein Strom in dem Leistungsschalter erfasst wird und ein Stromsignal erzeugt wird, das proportional zu dem Strom ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass das Stromsignal, das proportional zu dem Strom ist, in dem Tiefpassfilter empfangen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass das Stromsignal, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, in dem Tiefpassfilter erzeugt wird und das Stromsignal, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, von dem Tiefpassfilter an den Tastverhältniscontroller ausgegeben wird.
  16. Leistungswandler, der umfasst: 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, wobei der Leistungsschalter mit dem Stromwandler und einem Ausgang des Tastverhältniscontrollers verbunden ist, der Stromwandler mit dem Tiefpassfilter verbunden ist, und das Tiefpassfilter mit dem Tastverhältniscontroller derart verbunden ist, dass das Tiefpassfilter zum Erzeugen eines Stromsignals, das im Wesentlichen Gleichstrom darstellt, das proportional zu einem Durchschnittsstrom in dem Leistungsschalter ist, ausgestaltet ist, wobei der Tastverhältniscontroller ausgestaltet ist, 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.
  17. Leistungswandler nach Anspruch 16, wobei das Tiefpassfilter eine Widerstands-Kondensator-Schaltung ist.
  18. Leistungswandler nach Anspruch 17, wobei eine Zeitkonstante der Widerstands-Kondensator-Schaltung länger als eine Schaltperiode des Leistungsschalters ist.
  19. Leistungswandler nach Anspruch 16, wobei der Tastverhältniscontroller ein Pulsbreitenmodulationscontroller ist.
  20. Leistungswandler nach Anspruch 16, wobei der Leistungswandler ein Spannungserhöhungswandler ist.
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