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Die
Erfindung betrifft Spannungswandler und spezieller einen Spannungswandler
mit N + 1 Schaltern und N Ausgangssignalen, wobei N größer
oder gleich zwei ist und wobei die N Ausgangssignale wenigstens
zwei verschiedene Arten von Ausgangssignalen umfassen.
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Hintergrund und verwandter
Stand der Technik
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Verschiedene
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen, die in den Zeichnungen gezeigt
sind, wobei gleiche Bezugszeichen sich in allen Zeichnungen im Wesentlichen
auf die gleichen Teile beziehen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu, wobei vielmehr Wert auf die Darstellung
der Grundzüge der Erfindung gelegt wird.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Spannungswandlers mit mehreren Ausgangssignalen
und Mehrfachtopologie gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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2 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung.
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3 zeigt
ein schematisches Schaltbild eines Spannungswandlers mit mehreren
Ausgangssignalen und Mehrfachtopologie gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung.
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4 zeigt
ein Stromflussdiagramm gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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5 zeigt
ein anderes Stromflussdiagramm gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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6 zeigt
einen Signalverlauf gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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7 zeigt
ein anderes Stromflussdiagramm gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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8 zeigt
ein anderes Stromflussdiagramm gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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9 zeigt
ein anderes Stromflussdiagramm gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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10 zeigt
einen Signalverlauf gemäß einigen Ausführungen
der Erfindung.
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11 zeigt
ein schematisches Schaltbild eines anderen Spannungswandlers mit
mehreren Ausgangsignalen und Mehrfachtopologie gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung.
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12 zeigt
ein schematisches Schaltbild eines anderen Spannungswandlers mit
mehreren Ausgangsignalen und Mehrfachtopologie gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung.
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13 zeigt
ein schematisches Schaltbild eines anderen Spannungswandlers mit
mehreren Ausgangsignalen und Mehrfachtopologie gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung.
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14 zeigt
ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung.
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Beschreibung
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In
der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung,
nicht der Beschränkung, bestimmte Einzelheiten angegeben,
wie bestimmte Strukturen, Architekturen, Schnittstellen, Techniken etc.,
um ein eingehendes Verständnis der verschiedenen Aspekte
der Erfindung zu ermöglichen. Der Fachmann wird auf der
Grundlage der vorliegenden Of fenbarung jedoch verstehen, dass die
verschiedenen Aspekte der Erfindung in anderen Ausführungsformen
umgesetzt werden können, die diese speziellen Details nicht
nutzen. In bestimmten Fällen werden bekannte Geräte,
Schaltkreise und Verfahren nicht beschrieben, um die Beschreibung
der Erfindung nicht mit unnötigen Details zu verschleiern.
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Mit
Bezug auf 1 kann ein Spannungswandler 10 einen
Wandlerschaltkreis 11 aufweisen, der N + 1 Schalterkreise
S1 bis SN+1 umfassen kann. Der Wandlerschaltkreis 11 kann
so konfiguriert sein, dass er eine Eingangsspannung VIN empfängt
und N Ausgangsspannung V1 bis VN vorsehen
kann, wobei N größer oder gleich zwei ist, wobei
ein Steuerschaltkreis 12 den N + 1 Schalterkreisen S1 bis
SN+1 in Zeitintervallen gemäß den
N Ausgangsspannungen V1 bis VN Steuersignale
selektiv zuführt, wobei die N Ausgangsspannungen wenigstens
zwei unterschiedliche Arten von Ausgangssignalen umfassen. Im Kontext
dieser Schrift bezieht sich eine andere Art eines Ausgangssignals
auf ein Ausgangssignal von einer anderen Spannungswandlerklasse
und nicht einfach auf eine andere Amplitude des Ausgangssignals.
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Die
Schalterkreise S1 bis SN+1 können
beispielsweise mit entsprechenden Spannungswandlertopologien 1 bis
N verbunden sein, wobei wenigstens eine Topologie sich von wenigstens
einer anderen Topologie unterscheidet. Die Topologie 1 kann
beispielsweise eine Hochsetzsteller(boost-converter)-Topologie umfassen,
und die Topologie 2 kann eine Tiefsetzsteller(buck-converter)-Topologie
umfassen, so dass wenigstens eine der N Ausgangsspannungen ein angehobenes
Ausgangssignal und wenigstens eine der N Ausgangsspannungen ein
abgesenktes Ausgangssignal umfasst. Der Fachmann wird verstehen,
dass eine Vielzahl von Schalter- und Topologiekonfigurationen innerhalb
des Bereichs der Erfindung liegt. Die Schalter können beispielsweise umkonfiguriert
werden, so dass die Topologie 1 eine Tief-Hochsetzsteller(Guck-Boost)-Topologie
umfassen kann und die Topologie 2 eine Tiefsetzsteller(Guck)-Topologie
umfassen kann, so dass wenigstens eine der N Ausgangsspannungen
ein abgesenktes und angehobenes (Guck-Boost) Ausgangssignal und
wenigstens eine der N Ausgangsspannungen ein abgesenktes (Guck)
Ausgangssignal umfasst. Auf der Grundlage der vorliegenden Spezifikation können
andere Konfigurationen und Topologien von dem Fachmann leicht umgesetzt
werden.
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Grundsätzlich
kann jede der aufeinanderfolgenden Ausgangsspannungen gleich oder
kleiner sein als die vorhergehende Ausgangsspannung (zum Beispiel
V1 ≥ V2 ≥...VN). Es können zum Beispiel zwei
Schalterkreise (z. B. S1 und S2) dazu verwendet werden, eine erste
Ausgangsspannung (z. B. V1) der N Ausgangsspannungen
zu erzeugen, und es muss nur ein zusätzlicher Schalterkreis
(z. B. S3 bis SN+1) für jede zusätzliche
Ausgangsspannung (z. B. V2 bis VN) der N Ausgangsspannungen vorgesehen werden.
Der Spannungswandler 10 kann eine Kaskadenwandler-Topologie
haben, die Halbleiterschalter verbessert ausnutzt, so dass die Anzahl
der Schalter reduziert werden kann.
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In
einigen Ausführungen kann ein erster Schalterkreis S1 mit
der Eingangsspannung VIN gekoppelt werden.
Ein erster Spannungswandler-Schaltkreis 13 kann mit dem
ersten Schalterkreis S1 gekoppelt werden, wobei der erste Spannungswandler-Schaltkreis
so konfiguriert ist, dass er eine erste Art einer Ausgangsspannung
V1 vorsieht. Wenigstens ein zweiter Schalterkreis
S2 und ein dritter Schalterkreis S3 können zwischen der
Eingangsspannung und dem Massepotential in Reihe geschaltet sein.
Ein weiterer Wandlerschaltkreis 14 (z. B. ein LC-Schaltkreis)
kann mit einem Verbindungspunkt des zweiten und des dritten Schalterkreises
S2 und S3 gekoppelt sein, wobei der Wandlerschaltkreis 14 so
konfiguriert ist, dass er eine zweite Art einer Ausgangsspannung
vorsieht, die sich von der ersten Art der Ausgangsspannung unterscheidet.
Ein oder mehrere weitere Wandlerschaltkreise 15 können
mit dem oder den Verbindungspunkten der jeweils aufeinanderfolgenden
Schalterkreise bis zu dem Schalter SN+1 gekoppelt
sein.
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Der
Steuerschaltkreis 12 kann beispielsweise in einem Zwei-Intervalle-Modus
so konfiguriert sein, dass er während eines ersten Intervalls
einer Periode eines Schaltzyklus den zweiten Schalterkreis S2 einschaltet
und den ersten und den dritten Schalterkreis S1, S3 ausschaltet
und dass er während eines zweiten Intervalls derselben
Periode des Schaltzyklus den ersten und den dritten Schalterkreis S1,
S3 einschaltet und den zweiten Schalterkreis S2 ausschaltet. Alternativ
kann der Steuerschaltkreis 12 in einem Drei-Intervalle-Modus
so konfiguriert sein, dass er während eines ersten Intervalls
einer Periode des Schaltzyklus den zweiten und den dritten Schalterkreis
S2, S3 einschaltet und den ersten Schalterkreis S1 ausschaltet,
während eines zweiten Intervalls derselben Periode des
Schaltzyklus den zweiten Schalterkreis S2 einschaltet und den ersten
und den dritten Schalterkreis S1, S3 ausschaltet und während
eines dritten Intervalls derselben Periode des Schaltzyklus den
ersten und den dritten Schalterkreis S1, S3 einschaltet und den
zweiten Schalterkreis S2 ausschaltet. Während des Schaltintervalls können
auch weitere Intervalle und Schalterkonfigurationen eingesetzt werden,
um alle benötigten Ausgangsspannungen für jede
Kaskadenstufe vorzusehen.
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Selbstverständlich
können verschiedene Ausführungen der Erfindung
für verschiedene Leistungsanwendungen besser oder weniger
gut geeignet sein. Einige Ausführungen des Spannungswandlers
gemäß der Erfindung können sich besonders zum
Versorgen der vielen Mehrzweck-Schwachstromschienen einer PC-Plattform
eignen. Beispielsweise könnten ein oder mehrere Wandler
mit N + 1 Schaltern, N Ausgangssignalen und Mehrfachtopologie gemäß einigen
Ausführungen der Erfindung die vielen linearen Niederspannungsregler,
die man in Rechenplattformen antrifft, ersetzen.
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Mit
Bezug auf 2 können einige
Ausführungen der Erfindung das Vorsehen eines Wandlerschaltkreises
mit N + 1 Schalterkreisen (z. B. bei einem Block 21) umfassen;
das Empfangen einer Eingangsspannung bei dem Wandlerschaltkreis
(z. B. bei Block 22); das Vorsehen von N Ausgangsspannungen
von dem Wandlerschaltkreis, wobei N größer gleich
2 ist (z. B. bei Block 23); und das selektive Anlegen von
Steuersignalen an die N + 1 Schalterkreise in Zeitintervallen gemäß den
N Ausgangsspannungen, wobei die N Ausgangsspannungen wenigstens zwei
unterschiedliche Arten von Ausgangssignalen umfassen (z. B. bei
Block 24). In einigen Ausführungen kann wenigstens
eine der N Ausgangsspannungen ein angehobenes (Boost) Ausgangssignal
und wenigstens eine der N Ausgangsspannungen ein abgesenktes (Guck)
Ausgangssignal umfassen. In einigen Ausführungen umfasst
wenigstens eine der N Ausgangsspannungen ein abgesenktes und angehobenes
(Guck-Boost) Ausgangssignal und wenigstens eine der N Ausgangsspannungen
ein abgesenktes (Guck) Ausgangssignal.
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Einige
Ausführungen können ferner die Verwendung von
zwei Schalterkreisen beinhalten, um eine erste Ausgangspannung der
N Ausgangsspannungen zu erzeugen (z. B. bei Block 25),
wobei nur ein zusätzlicher Schalterkreis für jede
zusätzliche Ausgangsspannung der N Ausgangsspannungen vorgesehen
wird (z. B. bei Block 26). In einigen Ausführungen
kann das Vorsehen des Wandlerschaltkreises das Vorsehen eines ersten
Schalterkreises umfassen, der mit der Eingangsspannung gekoppelt ist
(z. B. bei Block 27); das Vorsehen eines ersten Spannungswandler-Schaltkreises,
der mit dem ersten Schalterkreis gekoppelt ist, wobei der erste
Spannungswandler-Schaltkreis dazu konfiguriert ist, eine erste Art
einer Ausgangsspannung vorzusehen (z. B. bei Block 28);
das Vorsehen eines zweiten Schalterkreises und eines dritten Schalterkreises,
welche zwischen der Eingangsspannung und dem Massepotential in Reihe
geschaltet sind (z. B. bei Block 29); und das Vorsehen
eines LC-Schaltkreises, der mit einem Verbindungspunkt des zweiten
und des dritten Schalterkreises gekoppelt ist, wobei der LC-Schaltkreis
dazu konfiguriert ist, eine zweite Art einer Ausgangsspannung vorzusehen,
welche sich von der ersten Art der Ausgangsspannung unterscheidet
(z. B. bei Block 30).
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Einige
Ausführungen können ferner das Einschalten des
zweiten Schalterkreises und das Ausschalten des ersten und des zweiten
Schalterkreises während eines ersten Intervalls einer Periode
eines Schaltzyklus (z. B. bei Block 31) und das Einschalten des
zweiten und des dritten Schalterkreises und das Ausschalten des
zweiten Schalterkreises während eines zweiten Intervalls
derselben Periode des Schaltzyklus (z. B. bei Block 32)
umfassen. Alternativ können einige Ausführungen
ferner das Einschalten des zweiten und des dritten Schalterkreises
und das Ausschalten des ersten Schalterkreises während
eines ersten Intervalls einer Periode des Schaltzyklus (z. B. bei
Block 33) sowie das Einschalten des zweiten Schalterkreises
und das Ausschalten des ersten und des dritten Schalterkreises während
eines zweiten Intervalls derselben Periode des Schaltzyklus (z. B.
bei Block 34) und das Einschalten des ersten und des dritten
Schalterkreises und das Ausschalten des zweiten Schalterkreises
während eines dritten Intervalls derselben Periode des
Schaltzyklus (z. B. bei Block 35) umfassen.
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Allgemeiner
können einige Ausführungen der Erfindung eine
Klasse von Topologien mit drei Schaltern und dualem Ausgang vorsehen,
um mit einer reduzierten Anzahl von Halbleiterschaltbauteilen (z.
B. MOSFETs) zwei oder mehr Ausgangssignale zu erzeugen. Einige Ausführungen
der Erfindung können zum Beispiel ein Verfahren zum Erzeugen von
mehr Spannungsschienen mit weniger Komponenten in einem Spannungsregler
vorsehen. Einige Ausführungen der Erfindung können
eine allgemeine Klasse gestapelter Wandler-Topologien vorsehen, die
Halbleiter-Schalter auf verbesserte oder optimale Weise nutzen,
so dass die Anzahl der Schalter reduziert werden kann. Vorteilhaft
können einige Ausführungen der Erfindung einen
direkten Vorteil durch Reduzierung von Plattenraum, Senkung von
Kosten zur Realisierung mehrerer Spannungen und Verbessern der Spannungswandlungseffizienz
innerhalb einer Plattform erzielen.
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Diese
Anmeldung bezieht sich auf die US-Patentanmeldung Nr. 11/158,576
vom
21. Juni 2005 mit dem Titel „Multiple Output
Buck Converter" (
US 2006 0284490 A1 ). Die verwandte Anmeldung beschreibt
einen Hochsetzsteller-Wandler (Buck Converter) mit drei Schaltern
und dualem Ausgang, der zwei oder mehr Ausgangsspannungen mit unterschiedlichen
Amplituden, jedoch aller vom selben Typ (zum Beispiel alle ausgehend
von einer Hochsetzsteller-Wandler-Topologie) vorsehen kann. Einige
Ausführungen der Erfindung sehen vorteilhaft einen Spannungswandler
mit mehreren Ausgangssignalen und Mehrfachtopologie vor, wobei die
mehreren Ausgangsspannungen wenigstens zwei unterschiedliche Arten
von Ausgangssignalen umfassen (z. B. von wenigstens zwei unterschiedlichen
Arten von Spannungswandler-Topologien).
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Mit
Bezug auf 3 können einige Ausführungen
der Erfindung eine Topologie mit drei Schaltern und zwei Ausgangsspannungen
mit einer reduzierten Anzahl von Halbleiterschaltern (z. B. FETs) vorsehen.
Vorausgesetzt, dass es auf einer PC-Plattform mehrere Spannungen
gibt, die nicht denselben Betrag haben, können einige Ausführungen
der Erfindung vorteilhaft eine zweckmäßige und
kostengünstige Art zum Erzielen von zwei oder mehr Spannungen
mit einer verringerten Anzahl von Halbleiterschaltern bereitstellen.
In 3 werden zwei verschiedene Spannungsschienen unter
Verwendung von nur drei Halbleiterschaltern erzeugt. Schalter S2 und
S3 in Verbindung mit einer Diode D (Schalter S1) bilden das Netzwerk,
das das Eingangspotential VIN und das Massepotential
innerhalb bestimmter Zeitintervalle selektiv anlegen, um die zwei
Ausgangssignale zu erzeugen.
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Der
Spannungswandler mit mehreren Ausgangssignalen und Mehrfachtopologie
der 3 kann zum Beispiel zwei verschiedene Betriebsmodi abhängig
von den Ansteuersignalen haben. 4 und 5 zeigen
die Ersatzschaltkreise des Wandlers, wenn der Wandler in einem Zwei-Intervalle-Modus
arbeitet. In diesem Modus arbeitet der Schaltkreis in zwei verschiedenen
Intervallen. Während eines ersten Intervalls des Zyklus
ist der Schalter S2 EIN-geschaltet, während die Diode D
(Schalter S1) natürlich rückwärts vorgespannt
(AUS) und der Schalter S3 AUS-geschaltet ist. In einem zweiten Intervall
desselben Zyklus (z. B. der anderen Hälfte des Zyklus)
ist der Schalter S2 AUS, während der Schalter S3 EIN und
die Diode D (Schalter S1) vorwärts vorgespannt (EIN) ist.
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Der
Hochsetzsteller-Betrieb, welcher der Ausgangsspannung Vor entspricht,
ergibt sich durch die Tatsache, dass die Zwischenknotenspannung
VX (welche eine Funktion der Differenz zwischen
VIN und VO2 und
den Werten von L1 und L2 ist) immer niedriger ist als VIN·VX kann zum Beispiel ausgedrückt
werden durch: VX = (VIN·L2 +
VO2·L1)/(L1 + L2) Beispielhafte
Wellenformen, welche dem Zwei-Intervalle-Modus entsprechen, sind
in 6 gezeigt. Man beachte, dass in einigen Ausführungen
während aller Intervalle nur ein Halbleiterschalter (z.
B. S2 oder S3) arbeitet. Dies kann vorteilhaft zu reduzierten Verlusten
führen, so dass der Wirkungsgrad des Leistungswandler hoch
sein kann.
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Mit
Bezug auf die 7 bis 9 kann der Spannungswandler
mit mehreren Ausgangsignalen und Mehrfachtopologie der 3 auch
auf alternative Weise betrieben werden, nämlich in einem Drei-Intervalle-Modus.
In dem Drei-Intervalle-Modus sind am Anfang des Zyklus beide Schalter
S2 und S3 EIN-geschaltet. Die Diode D (Schalter S1) ist rückwärts
vorgespannt (AUS) und leitet nicht. Der Strom durch S3 ist bidirektional,
weil der Induktionsstrom L2 durch S3 abnimmt, während der
Induktionsstrom L1 (der auch durch S2 fließt) durch S3
ansteigt. Abhängig von den Größen von
L1 und L2 kann der Strom durch S3 entweder positiv oder negativ
sein. Am Ende des ersten Intervalls wird der Schalter S3 AUS-geschaltet,
und die anderen zwei Intervalle sind ähnlich dem oben beschriebenen
Zwei-Intervalle-Modus. Die Amplitude der Ausgangsspannungen ist
wiederum abhängig von dem Tastverhältnis des Schalters 52,
der AUS-Zeit von S3 und der Größe der Induktivitäten
L1 und L2. Beispielhafte Wellenformen, die dem Drei-Intervalle-Betriebsmodus
entsprechen, sind in 10 gezeigt.
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Man
beachte, dass in diesem Diagramm die Spannungen über den
zwei Induktivitäten nicht ähnlich sind. Die Stromwellenform
in dem Schalter S2 unterscheidet sich auch von der des Zwei-Intervalle-Modus,
weil die Anstiegszeiten des Induktionsstroms bei Betrieb des Schalters
S2 anders sind. Die EIN-Zeit der Schalter S2 und S3 kann eingestellt
werden, um verschiedene Amplituden der Ausgangsspannung zu erhalten.
Da es nur zwei aktive Schalter gibt, kann vorteilhaft ein einzelner
Treiber dazu verwendet werden, den gesamten Schaltkreis anzusteuern,
im Gegensatz zu zwei Treibern, die für zwei getrennte Wandler
notwendig sind. Es sei auch bemerkt, dass das Tastverhältnis
nur eines Schalters (entweder S2 oder S3) gesteuert werden muss,
um beide Ausgangsspannungen einzustellen.
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In
dem Zwei-Intervalle-Modus sind die Spannungswellenformen über
den beiden Induktivitäten L1 und L2 ähnlich. Diese
Tatsache kann ausgenutzt werden, um die zwei Induktivitäten
zu koppeln, so dass eine einzelne Induktivität verwendet
werden kann. Mit Bezug auf 11 können
einige Ausführungen der Erfindung einen Hoch-Tiefsetzsteller(Boost-Buck)-Wandler
mit drei Schaltern und zwei Ausgangssignalen umfassen, der eine
gekoppelte Induktivität verwendet. Der Schaltkreis mit
gekoppelter Induktivität kann auf die Ähnlichkeit
der Spannungswellenformen der Induktivitäten gegründet
werden und kann nur in dem Zwei-Intervalle-Modus betrieben werden
(der Drei-Intervalle-Modus kann nicht zum Einsatz kommen, weil die
Spannungswellenformen über den Induktivitäten
nicht ausreichend ähnlich sein können). Die Verwendung
der gekoppelten Induktivität kann vorteilhaft zu einer
Reduzierung von Komponenten und somit zur Einsparung von Platzbedarf
auf der Plattform und von Kosten führen. Die Wellenformen
des Wandler mit mehreren Ausgangssignalen und Mehrfachtopologie,
der mit einer gekoppelten Induktivität eingesetzt wird,
können ähnlich den in 6 gezeigten
Wellenformen sein, mit einigen kleinen Abweichungen.
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Mit
Bezug auf 12 kann das Prinzip der Dualität
auch auf die obigen Schaltkreise angewendet werden, und einige Ausführungen
der Erfindung können einen Wandler mit drei Schaltern und
zwei Ausgangssignalen, mit einem angehobenen (Guck) Ausgangssignal
und einem generierten abgesenkten und angehobenen (Guck-Boost) Ausgangssignal vorsehen.
Die zwei verschiedenen Arten von Ausgangssignalen werden vorteilhaft
mit drei Schaltern erhalten.
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Der
Fachmann wird verstehen, dass die hier beschriebenen wenigen spezifischen
Ausführungen nur Beispiele einer Vielzahl von Schaltkreisen
sind, die eine verringerte Anzahl von Schaltelementen verwenden,
um mehr Ausgangssignale abzuleiten. Unter Ausnutzung der Vorteile
der vorliegenden Beschreibung kann die Erfindung auf andere Ausführungen
erstreckt werden, um eine höhere Anzahl von Ausgangssignalen
zu erreichen. Mit Bezug auf 13 umfasst
ein Beispiel eines Spannungswandlers mit mehreren Ausgangssignalen
und Mehrfachtopologie zwei abgesenkte (Guck) Ausgangssignale und
ein angehobenes (Boost) Ausgangssignal unter Verwendung von drei
Halbleiterschaltern und einer Diode (insgesamt vier Schalter). Das
Prinzip der Dualität kann angewendet werden, und ein weiterer Satz
dualer Ausgangsschaltkreise kann mit nur drei Schaltern generiert
werden. Das Prinzip der „N" Ausgangssignale mit „N
+ 1" Schaltern kann für Buck-, Boost-, Buck-Boost- und
andere übliche Topologien verwendet werden.
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Die
verschiedenen Ausführungen der Erfindung können
einen oder mehrere der folgenden Vorteile im Vergleich zu den Spannungswandlern
mit mehreren Ausgangssignalen aufweisen:
- – ein
kompakter Wandler im Vergleich zu zwei oder mehr verschiedenen Wandlern;
- – die Versorgung mehrerer Geräte mit reduziertem
Platzbedarf auf einer Plattform;
- – eine kostengünstige Lösung zum
Versorgen mehrerer Geräte auf einer Plattform;
- – eine verbesserte Gesamteffizienz des Wandlers, weil
die mittlere Last des Wandlers von beiden Ausgangssignalen erhalten
werden kann (im Allgemeinen sind nicht beide Ausgangssignale gleichzeitig
in einem hohen Ausgangszustand);
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– eine
Reduzierung oder Minimierung der Steuer- und Ansteuererfordernisse
des Wandlers, wodurch dieser kompakter und weniger teuer wird.
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Mit
Bezug auf 14 umfasst ein elektronisches
System 140 eine Stromversorgung 142, die Energie
an einen Wandler 144 mit N + 1 Schaltern und N Ausgängen
oder Ausgangssignalen liefert (z. B. ein Tief-Hochsetzsteller mit
drei Schaltern und zwei Ausgangssignalen), wobei N zwei oder größer ist.
Die Stromversorgung kann zum Beispiel einen Wechselstrom/Gleichstrom-Adapter
oder eine Batterie umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie die
Eingangsspannung an den Wandler 144 liefert. Das Ausgangssignal
des Wandlers 144 kann an eine Last 146 angelegt
werden, die zwei verschiedene Arten von Ausgangsspannungen von dem
Wandler 144 nutzen kann. Die Last kann zum Beispiel einen
oder mehrere integrierte Schaltkreise umfassen (z. B. einen Prozessor
und einen Speicher).
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Der
Wandler 144 kann eines oder mehrere der oben in Verbindung
mit den 1 bis 13 beschriebenen
Merkmale aufweisen. Der Wandler 144 kann zum Beispiel einen
Wandler-Schaltkreis mit N + 1 Schalterkreisen aufweisen, wobei der
Wandlerschaltkreis dazu konfiguriert ist, eine Eingangsspannung
zu empfangen und N Ausgangsspannungen vorzusehen, wobei N größer
gleich zwei ist, sowie einen Steuerschaltkreis zum selektiven Anlegen
von Steuersignalen an die N + 1 Schalterkreise in Zeitintervallen
gemäß den N Ausgangsspannungen, wobei eine der
N Ausgangsspannungen an den integrierten Schaltkreis angelegt wird
und wobei die N Ausgangsspannungen wenigstens zwei unterschiedliche
Arten von Ausgangssignalen umfassen.
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In
einigen Ausführungen des Systems 140 können
zwei Schalterkreise verwendet werden, um eine erste Ausgangsspannung
der N Ausgangsspannungen zu erzeugen, und nur ein zusätzlicher
Schalterkreis muss für jede zusätzliche Ausgangsspannung
der N Ausgangsspannungen vorgesehen werden. Für einen Wandler
mit drei Schaltern und zwei Ausgangssignalen kann der Wandlerschaltkreis
zum Beispiel einen ersten Schalterkreis umfassen, der mit der Eingangsspannung
gekoppelt ist, und einen ersten Spannungswandlerschaltkreis, der
mit dem ersten Schalterkreis gekoppelt ist, wobei der erste Spannungswandlerschaltkreis
so konfiguriert ist, dass er eine erste Art einer Ausgangsspannung
vorsieht. Der Wandler kann ferner einen zweiten Schalterkreis und einen
dritten Schalterkreis umfassen, die zwischen der Eingangsspannung
und dem Massepotential in Reihe geschaltet sind, sowie einen LC-Schaltkreis, der
mit einem Verbindungspunkt des zweiten und des dritten Schalterkreises
gekoppelt ist, wobei der LC-Schaltkreis dazu konfiguriert ist, eine
zweite Art einer Ausgangsspannung vorzusehen, die sich von der ersten
Art der Ausgangsspannung unterscheidet.
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In
einigen Ausführungen des Systems 140 kann der
Steuerschaltkreis so konfiguriert sein, dass er während
eines ersten Intervalls einer Periode eines Schaltzyklus den zweiten
Schalterkreis einschaltet und den ersten und den dritten Schalterkreis
ausschaltet; und dass er während eines zweiten Intervalls
derselben Periode des Schaltzyklus den ersten und den dritten Schalterkreis
einschaltet und den zweiten Schalterkreis ausschaltet. Alternativ
kann der Steuerschaltkreis in einigen Ausführungen des Systems 140 so
konfiguriert sein, dass er während eines ersten Intervalls
einer Periode des Schaltzyklus den zweiten und den dritten Schalterkreis
einschaltet und den ersten Schalterkreis ausschaltet; während eines
zweiten Intervalls derselben Periode des Schaltzyklus den zweiten
Schalterkreis einschaltet und den ersten und den dritten Schalterkreis
ausschaltet; und während eines dritten Intervalls derselben
Periode des Schaltzyklus den ersten und den dritten Schalterkreis
einschaltet und den zweiten Schalterkreis ausschaltet.
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Der
Fachmann wird verstehen, dass viele verschiedene Hardware- und/oder
Software-Anordnungen konfiguriert werden können, um die
geeigneten Steuersignale für die Schaltelemente vorzusehen.
Zum Beispiel kann ein Prozessor oder ein Mikrocontroller leicht
programmiert werden, um Wellenformen mit geeigneten zeitlichen Beziehungen
auszugeben. Alternativ kann ein diskreter Hardware-Schaltkreis mit
verschiedenen Zeitkonstanten aufgebaut werden, um die Steuersignale
mit den geeigneten zeitlichen Beziehungen vorzusehen.
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Die
obigen und weitere Aspekte der Erfindung werden einzeln und in Kombination
erreicht. Die Erfindung sollte nicht so verstanden werden, dass
sie zwei oder mehr dieser Aspekte erfordert, außer dies wird
ausdrücklich von einem bestimmten Anspruch gefordert. Während
die Erfindung in Verbindung mit den derzeit bevorzugten Ausführungen
beschrieben wurde, wird man verstehen, dass die Erfindung nicht auf
die offenbarten Ausführungsbei spiele beschränkt ist,
sondern im Gegenteil zahlreiche Modifikationen und äquivalente
Anordnungen innerhalb des Bereichs der Erfindung umfassen soll.
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Zusammenfassung
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In
einigen Ausführungen umfasst ein Buck-Wandler mit drei
Schaltern und zwei Ausgangssignalen einen Wandlerschaltkreis mit
N + 1 Schaltern, wobei der Wandlerschaltkreis so konfiguriert ist, dass
er eine Eingangsspannung empfängt und N Ausgangsspannungen
vorsieht, wobei N größer gleich zwei ist, und
einen Steuerschaltkreis zum selektiven Anlegen von Steuersignalen
an die N + 1 Schalterkreise in Zeitintervallen gemäß den
N Ausgangsspannungen, wobei die N Ausgangsspannungen wenigstens
zwei unterschiedliche Arten von Ausgangssignalen umfassen. Weitere
Ausführungen werden beschrieben und beansprucht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6747855
A [0002]
- - US 6639391 A [0002]
- - US 6611435 A [0002]
- - US 20060284490 A1 [0029]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - 21. Juni 2005
mit dem Titel „Multiple Output Buck Converter" [0029]