DE112012005353T5

DE112012005353T5 - Steuerung von Energiewandlern mit kapazitiver Energieübertragung

Info

Publication number: DE112012005353T5
Application number: DE201211005353
Authority: DE
Inventors: David M. Giuliano
Original assignee: Arctic Sand Technologies Inc
Current assignee: Arctic Sand Technologies Inc
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-10-23
Also published as: GB201412849D0; US20220131466A1; CN115580109A; US10686380B2; US20200412250A1; CN110277908A; US20160011608A1; US11936300B2; WO2013096416A1; CN104011985A; GB2512259A; US8723491B2; US20140300328A1; US20130154600A1; US9143037B2; CN110277908B; US11165350B2; KR20140103351A; CN104011985B

Abstract

Eine Vorrichtung zur Energiewandlung umfasst ein Spannungstransformationselement, ein Stellelement und eine Steuereinheit, worin die Periodendauer des Spannungstransformationselements gleich dem Produkt eines Koeffizienten und der Periodendauer der Regelschaltung ist und worin der Koeffizient aus einer aus einer positiven ganzen Zahl und einem Kehrwert dieser ganzen Zahl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung 61/577.271, eingereicht am 19. Dezember 2011, deren Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Steuerung von Energiewandlern, die Kondensatoren für die Übertragung von Energie nutzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Energiewandler umfassen im Allgemeinen Schalter und einen oder mehrere Kondensatoren. Solche Kondensatoren können beispielsweise zur Energieversorgung von tragbaren elektronischen Geräten und Verbraucherelektronik verwendet werden.
Ein Schaltenergiewandler ist eine bestimmte Art von Energiewandler, der die Ausgangsspannung oder -stromstärke durch das Schalten von Energiespeicherelementen (d. h. Induktivitäten und Kondensatoren) in unterschiedliche elektrische Konfigurationen unter Verwendung eines Schalternetzwerks regelt.
Ein Schaltkondensatorwandler ist eine Art Schaltenergiewandler, der primär Kondensatoren für die Energieübertragung nutzt. In solchen Wandlern steigt die Anzahl an Kondensatoren und Schaltern mit höherem Trans formationsverhältnis.
Typische Energiewandler stellen Spannungstransformation und Ausgangssignalregelung bereit. In vielen Energiewandlern, wie z. B. Abwärtswandlern (Buck-Wandler), werden beide Funktionen in einer Stufe durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, diese beiden Funktionen auf zwei spezialisierte Stufen aufzuteilen. Ein solcher Zwei-Stufen-Aufbau von Energiewandlern weist eine eigene Transformations- und eine eigene Regelstufe auf. Die Transformationsstufe transformiert eine Spannung in eine andere Spannung, während die Regelstufe sicherstellt, dass die Ausgangsspannung und/oder Ausgangsstromstärke des Energiewandlers die gewünschten Eigenschaften aufweist.
Bezugnehmend auf 1 ist in einem bekannten Energiewandler 10 ein Schaltkondensatorelement 12A an einem Eingangsende mit einer Spannungsquelle 14 elektrisch verbunden. Ein Eingang einer Regelschaltung 16A ist elektrisch mit einem Ausgang des Schaltkondensatorelements 12A verbunden. Eine Last 18A wird dann elektrisch mit einem Ausgang der Regelschaltung 16A verbunden. Ein solcher Wandler ist in US-Patent Nr. 2009/0278520 , eingereicht am 8. Mai 2009, beschrieben, dessen Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen ist.
Außerdem ist ein modularer Mehrstufenaufbau eines Energiewandlers in der PCT-Anmeldung PCT/2012/36455, eingereicht am 4. Mai 2012, beschrieben, deren Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen ist. Das Schaltkondensatorelement 12A und die Regelschaltung 16A können auf verschiedene Weise kombiniert und angepasst werden. Dadurch wird für das Zusammenfügen solcher Energiewandler eine integrierte Energietransformationslösung (TIPS^TM, transformative integrated power solution) bereitgestellt. Die in 1 dargestellte Anordnung zeigt somit nur eine von zahlreichen Möglichkeiten zur Anordnung eines oder mehrerer Schaltkondensatorelemente 12A mit einer oder mehreren Regelschaltungen 16A.
2 zeigt einen Energiewandler 10A, der eine Eingangsspannung VIN von der Spannungsquelle 14 empfängt und eine Ausgangsspannung VO erzeugt, die niedriger ist als die Eingangsspannung VIN. Der Energiewandler 10A ist eine spezielle Ausführungsform des in 1 dargestellten Energiewandleraufbaus. Das Schaltkondensatorelement 12A umfasst ein 2:1-Dualphasen-Serien-Parallel-Kondensatornetzwerk, das Netzschalter S1–S8 und Pumpkondensatoren C1–C2 umfasst. Im Gegensatz dazu umfasst die Regelschaltung 16A einen Abwärtswandler, der einen Niederseitenschalter SL, einen Hochseitenschalter SH, eine Filter-Induktivität L1 und eine Treiberstufe 51 umfasst.
Bei Betrieb des Schaltkondensatorelements 12A befinden sich die Netzschalter S1, S3, S6, S8 und die Netzschalter S2, S4, S5, S7 immer in komplementären Zuständen. Demnach sind in einem ersten Netzwerkstatus die Netzschalter S1, S3, S6, S8 offen und die Netzschalter S2, S4, S5, S7 geschlossen. In einem zweiten Netzwerkstatus sind die Netzschalter S1, S3, S6, S8 geschlossen und die Netzschalter S2, S4, S5, S7 offen. Das Schaltkondensatorelement 12A durchläuft den ersten und den zweiten Netzwerkstatus in Zyklen, was eine Zwischenspannung VX liefert, die der Hälfte der Eingangsspannung VIN entspricht.
Bezugnehmend auf 2 befindet sich das Schaltkondensatorelement 12A im ersten Netzwerkstatus, wenn eine erste Phasenspannung VA hoch und eine zweite Phasenspannung VB niedrig ist. Im Gegensatz dazu befindet sich das Schaltkondensatorelement 12A in dem zweiten Netzwerkstatus, wenn die erste Phasenspannung VA niedrig ist und die zweite Phasenspannung VB hoch ist. Die beiden Phasenspannungen VA, VB sind nicht überlappend und weisen etwa ein 50:50-Tastverhältnis auf.
Bei Betrieb der Regelschaltung 16A zerhacken der Niederseitenschalter SL und der Hochseitenschalter SH die Zwischenspannung VX in eine Schaltspannung VLX. Ein LC-Filter empfängt die Schaltspannung VLX und erzeugt die Ausgangsspannung VO, die dem Mittelwert der Schaltspannung VLX entspricht. Um die gewünschte Ausgangsspannung VO zu garantieren, steuert eine Regelsteuerspannung VR das Tastverhältnis von Niederseitenschalter SL und Hochseitenschalter SH. Zusätzlich dazu stellt die Treiberstufe 51 Energie für das Öffnen und Schließen der Low-Side- und Hochseitenschalter SL, SH bereit.
Frühere Offenbarungen behandeln die Steuerung des Schaltkondensatorelements 12A und der Regelschaltung 16A getrennt voneinander. Das hat zahlreiche Nachteile; einer davon besteht darin, dass die Restwelligkeit der Zwischenspannung VX bis zur Ausgangsspannung VO hindurch bestehen bleibt. Eine mögliche Lösung für dieses Problem besteht in der Erstellung einer Rückkopplungsschleife, die ausreichend schnell ist, um den Effekt, den die Restwelligkeit der Zwischenspannung VX auf die Ausgangsspannung VO hat, abzuschwächen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss die Frequenz der Regelschaltung 16A deutlich höher sein als die Frequenz des Schaltkondensatorelements 12A.
Eine weitere mögliche Lösung für dieses Problem besteht darin, eine Vorwärtskopplungsschleife zu der Regelschaltung 16A hinzuzufügen. Wie bei der schnellen Rückkopplungslösung ist jedoch auch die Vorwärtskopplungslösung nur wirksam, wenn die Frequenz der Regelschaltung 16A deutlich höher ist als jene des Schaltkondensatorelements 12A. Aus diesem Grund stellen beide Lösungen eine starke Frequenzbeschränkung für das Schaltkondensatorelement 12A und die Regelschaltung 16A dar.
Außerdem gibt es typischerweise ein Totzeitintervall DT zwischen dem ersten Netzwerkstatus und dem zweiten Netzwerkstatus des Schaltkondensatorelements 12A. Während des Totzeitintervalls DT sind alle Schalter in dem Schaltkondensatorelement 12A offen. Dadurch wird ein sauberer Übergang zwischen dem ersten Netzwerkstatus und dem zweiten Netzwerkstatus des Schaltkondensatorelements 12A und umgekehrt sichergestellt. Wenn die Regelschaltung 16A versucht, während des Totzeitintervalls DT Strom zu ziehen, kommt es an dem Knoten zwischen Schaltkondensatorelement 12A und Regelschaltung 16A zu einem unerwünschten ”Spannungssprung”.
Der ”Spannungssprung” kann durch die Verwendung eines Störimpulskondensators CX reduziert werden. Leider geht jedes Mal, wenn das Schaltkondensatorelement 12A von dem ersten in den zweiten Netzwerkstatus übergeht und umgekehrt, ein Teil der auf dem Störimpulskondensator CX gespeicherten Energie verloren. Der Energieverlust ist dadurch bedingt, dass der Störimpulskondensator CX mit Kondensatoren unterschiedlicher Spannung, wie z. B. Pumpkondensatoren C1, C2, kurzgeschlossen ist. Aus diesem Grund stellt die Verwendung eines Störimpulskondensators CX zur Energieversorgung während des Totzeitintervalls DT eine wirksame Lösung dar, erfordert aber einen zusätzlichen Kondensator und senkt die Effizienz des Energiewandlers 10A.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem allgemeinen Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Energiewandlung ein Spannungstransformationselement, ein Stellelement und eine Steuereinheit, wobei die Periodendauer des Spannungstransformationselements gleich dem Produkt eines Koeffizienten und der Periodendauer der Regelschaltung ist, wobei der Koeffizient aus einer aus einer positiven ganzen Zahl und dem Kehrwert dieser ganzen Zahl bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Ausführungsformen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
Das Stellelement ist so ausgebildet, dass kontinuierlicher Strom durch dieses hindurchgeleitet wird. Alternativ dazu ist das Stellelement so ausgebildet, dass diskontinuierlicher Strom durch dieses hindurchgeleitet wird.
Das Stellelement wird so gesteuert, dass verhindert wird, dass während einer Totzeit des Spannungstransformationselements Strom durch dieses hindurchgeleitet wird.
Die Steuereinheit ist ausgebildet, um mehrere Phasen, die in dem Stellelement und dem Spannungstransformationselement vorliegen, zu steuern. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um mehrere Phasen, die in dem Stellelement Steuereinheit und dem Spannungstransformationselement vorliegen, zu steuern, um zu verhindern, dass während der jeweiligen Totzeit jeder der mehreren Phasen Strom durch dieses hindurchgeleitet wird.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinheit und eine Speichereinheit, von denen zumindest eine ausgebildet ist, um durch die Energiewandlerschaltung bereitgestellte Energie zu verbrauchen.
In anderen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ferner eine Datenverarbeitungseinheit, eine Anzeige und einen drahtlosen Sender und Empfänger, von denen zumindest einer ausgebildet ist, um durch die Energiewandlerschaltung bereitgestellte Energie zu verbrauchen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Energiewandlervorrichtung Folgendes: ein erstes Element, das ausgebildet ist, um ein Eingangssignal mit einer ersten Spannung anzunehmen und ein Zwischensignal mit einer zweiten Spannung auszugeben; ein zweites Element, das ausgebildet ist, um das Zwischensignal von dem ersten Element zu empfangen und ein Signal mit einer dritten Spannung auszugeben. Das erste Element ist aus einer aus einem Spannungstransformationselement und einem Stellelement bestehenden Gruppe ausgewählt, und das zweite Element ist ein Stellelement, wenn das erste Element ein Spannungstransformationselement ist, und sonst ein Spannungstransformationselement; und eine Steuereinheit ist ausgebildet, um eine Periodendauer des Spannungstransformationselements und eine Periodendauer des Stellelements zu steuern, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Periodendauer des Spannungstransformationselements mit dem Produkt eines Koeffizienten und der Periodendauer des Stellelements zu synchronisieren, wobei der Koeffizient aus einer aus einer positiven ganzen Zahl und einem Kehrwert dieser ganzen Zahl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Ausführungsformen dieses Aspekts der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
Der Koeffizient ist eine positive ganze Zahl oder alternativ dazu ein Kehrwert der positiven ganzen Zahl.
Die Steuereinheit ist ausgebildet, um das Zwischensignal von dem ersten Element und das Ausgangssignal von dem zweiten Element zu empfangen. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um das Eingangssignal zu empfangen. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um ein erstes Steuersignal auf Grundlage des Ausgangssignals zu erzeugen und das erste Steuersignal an das Stellelement zu senden. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um ein zweites Steuersignal auf Grundlage des Zwischensignals zu erzeugen und das zweite Steuersignal an das Spannungstransformationselement zu senden. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um einen Linearspannungsmodus zu steuern. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um einen Spitzenstrommodus zu steuern.
Das Stellelement ist so ausgebildet, dass kontinuierlicher Strom durch dieses hindurchgeleitet wird, oder alternativ dazu ist das Stellelement so ausgebildet, dass diskontinuierlicher Strom durch dieses hindurchgeleitet wird. Das Stellelement ist ausgebildet, um das Hindurchleiten von Strom während einer Totzeit des Spannungstransformationselements zu verhindern.
Das Spannungstransformationselement umfasst eine Vielzahl an untergeordneten Spannungstransformationselementen und das Stellelement umfasst eine Vielzahl an untergeordneten Stellelementen, wobei jedes untergeordnete Spannungstransformationselement einem entsprechenden untergeordneten Stellelement zugeordnet ist. Das erste Element umfasst ein Spannungstransformationselement oder ein Stellelement.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein umfassenderes Verständnis der oben angeführten Merkmale der hierin beschriebenen Schaltungen und Techniken wird durch die nachstehende Beschreibung der Zeichnungen ermöglicht, wobei:
1 einen bekannten Energiewandleraufbau zeigt;
2 eine spezielle Umsetzung des Energiewandleraufbaus aus 1 zeigt;
3 eine an den Energiewandler aus 2 gekoppelte Steuereinheit zeigt;
4 eine spezielle Umsetzung der Steuereinheit aus 3 zeigt;
5 ein Diagramm des zeitlichen Ablaufs relevanter Signale für die in 4 dargestellte Ausführungsform zeigt;
6 eine vergrößerte Darstellung ausgewählter Signale aus 5 zeigt;
7 ein Gleichstrommodell eines Schaltkondensatorelements zeigt;
8A–8B das Verhältnis von Laststrom und Spannungsrestwelligkeit zeigt;
9 eine Steuereinheit zeigt, die eine einem Schaltkondensatorelement vorgeschaltete Regelschaltung synchronisiert;
10 eine Drei-Phasen-Steuereinheit zeigt, die ein einer Drei-Phasen-Regelschaltung vorgeschaltetes Drei-Phasen-Schaltkondensatorelement synchronisiert;
11 eine spezielle Umsetzung der Drei-Phasen-Steuereinheit aus 10 zeigt; und
12A–12B Diagramme des zeitlichen Ablaufs von relevanten Signalen der in 11 dargestellten Ausführungsform zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebene Vorrichtung stellt eine Möglichkeit zur Steuerung des Schaltkondensatorelements 12A und der Regelschaltung 16A in einem modularen mehrstufigen Energiewandleraufbau bereit.
Vor der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele für Steuereinheiten für Energiewandler, die Kondensatoren für die Energieübertragung nutzen, sollte erklärt werden, dass für eine bessere Verständlichkeit der Erläuterung der Grundlagen hierin manchmal auf bestimmte Steuereinheiten für Energiewandler Bezug genommen wird, die Kondensatoren für die Energieübertragung nutzen. Es sollte klar sein, dass diese Verweise nur beispielhaft sind und nicht als einschränkend auszulegen sind. Nach der Lektüre der hierin bereitgestellten Beschreibung werden Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung verstehen, wie die hierin beschriebenen Konzepte anzuwenden sind, um spezifische Steuereinheiten für Energiewandler bereitzustellen, die Kondensatoren für die Energieübertragung nutzen.
Es wird ebenfalls vorausgeschickt, dass hierin manchmal auf bestimmte Frequenzen sowie bestimmte Transformationsspannungsverhältnisse Bezug genommen wird. Es sollte klar sein, dass diese Verweise ausschließlich beispielhaft und nicht als einschränkend auszulegen sind.
Manchmal wird hierin auch auf spezielle Anwendungen verwiesen. Solche Verweise sind ausschließlich als Beispiele gedacht und sollten nicht so verstanden werden, dass sie die hierin beschriebenen Konzepte auf die spezielle Anwendung einschränken.
Wenngleich die hierin bereitgestellte Beschreibung die Grundlagen der Erfindung in Zusammenhang mit bestimmten Schaltungen oder einer bestimmten Anwendung oder einer bestimmten Frequenz erläutert, wird Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung somit klar sein, dass die Konzepte gleichermaßen für andere Schaltungen oder Anwendungen oder Frequenzen gelten.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beruhen zumindest teilweise auf der Erkenntnis, dass durch das Synchronisieren von Schaltkondensatorelement 12A und Regelschaltung 16A der Effekt der Restwelligkeit der Zwischenspannung VX auf die Ausgangsspannung und der ”Spannungssprung” minimiert werden kann.
3 zeigt eine erste generische Steuereinheit 20, die das Schaltkondensatorelement 12A und die Regelschaltung 16A in dem in 2 dargestellten Energiewandler 10A synchronisiert. Die erste generische Steuereinheit 20 empfängt fünf Eingangssignale und stellt drei Ausgangssignale bereit. Die Eingangssignale umfassen die Eingangsspannung VIN, die Ausgangsspannung VO, die Zwischenspannung VX, eine Referenzspannung VREF und eine Taktspannung VCLK. Die Ausgangssignale umfassen die Regelsteuerspannung VR, die erste Phasenspannung VA und die zweite Phasenspannung VB. Die Taktspannung VCLK legt die Periodendauer der Regelsteuerspannung VR fest, und die Referenzspannung VREF legt die gewünschte Ausgangsspannung VO fest.
Das Synchronisieren des Schaltkondensatorelements 12A mit der Regelschaltung 16A bewirkt, dass die Restwelligkeit der Zwischenspannung VX phasengleich mit der Schaltspannung VLX ist. In diesem Szenario ist eine Vorwärtssteuerung wirksam, wenn die Frequenz der Regelschaltung 16A jener des Schaltkondensatorelements 12A entspricht oder höher als diese ist, wodurch die starke Frequenzbeschränkung getrennt gesteuerter Stufen reduziert wird.
Zusätzlich dazu kann der in 2 dargestellte Störimpulskondensator CX entfernt werden, wenn das Totzeitintervall DT des Schaltkondensatorelements 12A dann stattfindet, wenn die Regelschaltung 16A keinen Strom zieht. Das Synchronisieren von Schaltkondensatorelement 12A und Regelschaltung 16A garantiert den richtigen zeitlichen Ablauf von Totzeitintervall DT und jenem Intervall, in dem die Regelschaltung 16A keinen Eingangsstrom entnimmt.
Ein weiterer Vorteil des Synchronisierens von Schaltkondensatorelement 12A und Regelschaltung 16A besteht in der Möglichkeit, die Netzschalter S1–S8 in dem Schaltkondensatorelement 12A zu öffnen und zu schließen, wenn Nullstrom durch diese fließt. Diese Technik wird oft als Nullstromschalten bezeichnet. Um Nullstromschalten möglich zu machen, muss das Totzeitintervall DT stattfinden, wenn die Regelschaltung 16A keinen Eingangsstrom zieht.
4 veranschaulicht eine Steuereinheit 20A, die eine bevorzugte Ausführungsform der ersten generischen Steuereinheit 20 ist. Die Steuereinheit 20A kann in einen ersten und einen zweiten Steuerabschnitt unterteilt werden. Die Steuerschaltung für die Regelschaltung 16A befindet sich in dem ersten Steuerabschnitt und umfasst einen ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerblock 30, 31, 32, 33. Im Gegensatz dazu befindet sich die Steuerschaltung für das Schaltkondensatorelement 12A in dem zweiten Steuerabschnitt und umfasst einen fünften, sechsten und siebenten Steuerblock 34, 35, 36. Die ”Verbindung” zwischen dem vierten Steuerblock 33 und dem fünften Steuerblock 34 ermöglicht das Synchronisieren des ersten und des zweiten Steuerabschnitts.
Zur besseren Verständlichkeit der Erläuterung der Funktionsweise der Steuereinheit 20A zeigt 5 einige relevante Signale, die durch die Steuereinheit 20A erzeugt werden. Die relevanten Signale umfassen die Taktspannung VCLK, eine Sägezahnspannung VSAW, die Regelsteuerspannung VR, die Schaltspannung VLX, einen Filter-Induktivitätsstrom IL, die Zwischenspannung VX, die erste Phasenspannung VA und die zweite Phasenspannung VB. Ferner zeigt 6 eine vergrößerte Darstellung einiger Wellenformen aus 5, wobei die Regelsteuerspannungsperiodendauer TSW der umgekehrten Frequenz der Regelsteuerspannung VR entspricht.
Erneut bezugnehmend auf 4 verwendet der erste Steuerabschnitt in der Steuereinheit 20A ein Linearspannungsmodus-Steuerschema zur Steuerung der Regelschaltung 16A. Die Steuereinheit 20A vergleicht die Ausgangsspannung VO mit der Referenzspannung VREF, wodurch eine Restspannung erzeugt wird, die durch den zweiten Steuerblock 31 verarbeitet wird. Eine resultierende Fehlerspannung VERR wird dann dem dritten Steuerblock 32 zugeführt, wo sie mit der Sägezahnspannung VSAW verglichen wird. Schließlich wird das Ausgangssignal des dritten Steuerblocks 32 durch den vierten Steuerblock 33 weiter verarbeitet, wodurch die Regelsteuerspannung VR erhalten wird.
Der erste Steuerblock 30 legt die Frequenz der Regelsteuerspannung VR fest, indem er die Sägezahnspannung VSAW aus der Taktspannung VCLK erzeugt. Zusätzlich dazu stellt der erste Steuerblock 30 eine Vorwärtskopplungssteuerung der Regelschaltung 16A bereit, indem die Spitzenspannung der Sägezahnspannung VSAW auf Grundlage der Eingangsspannung VIN angepasst wird. Alternativ dazu kann die Vorwärtskopplungssteuerung durch das Anpassen der Fehlerspannung VERR in Bezug auf die Eingangsspannung VIN in dem zweiten Steuerblock 31 umgesetzt werden.
Der zweite Steuerabschnitt in der Steuereinheit 20A verwendet ein Hysteresesteuerschema zur Steuerung des Schaltkondensatorelements 12A. Die Steuereinheit 20A bewirkt, dass die erste und die zweite Phasenspannung VA, VB das Schaltkondensatorelement 12A zwischen dem ersten Netzwerkzustand und dem zweiten Netzwerkzustand auf Grundlage eines Hysteresebands periodisch hin- und herwechseln lassen.
In Betrieb vergleicht der sechste Steuerblock 35 die Zwischenspannung VX kontinuierlich mit einer Triggerspannung VXL. Wenn die Zwischenspannung VX unter die Triggerspannung VXL fällt, wird der fünfte Steuerblock 34 angesteuert und wartet dann auf ein Bestätigungssignal. Sobald der vierte Steuerblock 33 ein Signal sendet, das den fünften Steuerblock 34 informiert, dass es annehmbar ist, eine Statusänderung vorzunehmen, wird das in 6 dargestellte Totzeitintervall DT gestartet. Während des Totzeitintervalls DT sind die erste und die zweite Phasenspannung VA, VB auf niedrige Werte eingestellt. Nach dem Totzeitintervall DT wird in Abhängigkeit vom anfänglichen Zustand entweder die erste Phasenspannung VA auf einen hohen Wert eingestellt und die zweite Phasenspannung VB wird auf einem geringen Wert belassen oder die erste Phasenspannung VA wird auf einem geringen Wert belassen und die zweite Phasenspannung VB wird auf einen hohen Wert eingestellt. Nach der Statusänderung wird der fünfte Steuerblock 34 zurückgesetzt, und die Abfolge wiederholt sich.
Die Steuereinheit 20A erzwingt somit, dass es sich bei der Frequenz des Schaltkondensatorelements 12A um eine Teileinheit der Frequenz der Regelschaltung 16A handelt. Diese Zwangsbedingung ist in 5 dargestellt, wobei die Frequenz der ersten Phasenspannung VA und der zweiten Phasenspannung VB deutlich niedriger ist als die Frequenz der Regelsteuerspannung VR. Bei manchen Ausführungen entspricht die Frequenz der zweiten Phasenspannung VB sogar nur einem Zehntel der Steuerspannung VR.
Da das Schaltkondensatorelement 12A durch eine nicht-kapazitive Regelschaltung 16A entladen wird, handelt es sich bei der Spannungsrestwelligkeit, die sich auf die Zwischenspannung VX auswirkt, um eine stückweise lineare Annäherung einer sägezahnförmigen Wellenform. Wie hierin verwendet entspricht eine Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX der maximalen Zwischenspannung minus der minimalen Zwischenspannung bei stationärem Betriebszustand. Typischerweise umfasst die Zwischenspannung VX eine Hochfrequenzkomponente der Regelschaltung 16A, die der Sägezahnwellenform niedrigerer Frequenz des Schaltkondensatorelements 12A übergelagert wird.
Während der fünfte Steuerblock 34 auf eine Statusänderung wartet, fällt die Zwischenspannung VX ungünstigerweise um eine Deltaspannung ΔVD unter die Triggerspannung VXL, wie anhand der Kurve der Zwischenspannung VX in 5 ersichtlich ist. Typischerweise ist die Deltaspannung ΔVD gering, insbesondere wenn die Frequenz des Schaltelements 12A deutlich geringer ist als die Frequenz der Regelschaltung 16A. Die Deltaspannung ΔVD kann maximal der Hälfte der Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX entsprechen, und das ist nur dann der Fall, wenn die Frequenz des Schaltkondensatorelements 12A der Frequenz der Regelschaltung 16A entspricht.
7 zeigt ein Gleichstrommodell des Schaltkondensatorelements 12A, das zwischen der Spannungsquelle 14 und der Regelschaltung 16A geschaltet ist. Das Gleichstrommodell umfasst einen Transformator mit endlichem Ausgangswiderstand RO. Angenommen das Schaltkondensatorelement 12A liefert eine Zwischenstromstärke IX, kann die durchschnittliche Zwischenspannung VX unter Verwendung folgender Formel berechnet werden: VX = VIN N1 / N2 – IX × RO.
Die Anordnung der Schalter und Kondensatoren in dem Schaltkondensatorelement 12A liefert ein Spannungstransformationsverhältnis von N1:N2. Der Ausgangswiderstand RO des Schaltkondensatorelements 12A ist dabei für den Energieverlust bei der Ladung/Entladung der Pumpkondensatoren verantwortlich.
Auf Grundlage der in 5 dargestellten Wellenformen kann die durchschnittliche Zwischenspannung VX wie folgt berechnet werden: VX = VXL – ΔVD + ΔVX/2.
Durch das Gleichsetzen der beiden oben angeführten Gleichungen kann die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX wie folgt ausgedrückt werden: ΔVX = 2[VIN N1 / N2 – IX × RO – VXL + ΔVD].
In der Folge ist die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX eine Funktion von Betriebsparametern wie der Zwischenstromstärke IX und der Eingangsspannung VIN. Zusätzlich dazu ist die Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX aufgrund des Synchronisierungszwangs auch eine Funktion der Deltaspannung ΔVD.
Starke Variationen der Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX können ungünstigerweise zu einer Überlastung der Regelschaltung 16A führen. Um Variationen der Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX zu minimieren, kann die in 4 dargestellte Triggerspannung VXL spontan angepasst werden. Der siebte Steuerblock 36 nutzt beispielsweise die Eingangsspannung VIN und die Zwischenspannung VX für die Entscheidung bezüglich des geeigneten Triggerspannungswerts VXL. Wenn die Eingangsspannung VIN höher wird, steigt somit die Triggerspannung VXL im selben Ausmaß.
Ein in 6 dargestelltes Schlüsselkonzept besteht darin, dass das Totzeitintervall DT während der Sperrzeit des High-Side-Netzschalters SH in 2 stattfindet. Um dieses Ergebnis zu garantieren, gibt es für das Tastverhältnis der Regelschaltung 16A eine obere Schranke, wobei das maximale Tastverhältnis DMAX wie folgt ermittelt wird: DMAX = TSW – DT / TSW.
Wie durch die oben angeführte Gleichung veranschaulicht wird, legt das Totzeitintervall DT das maximale Tastverhältnis DMAX fest. Oft ist es wünschenswert, das Totzeitintervall DT zu minimieren und dadurch die Bandbreite des Tastverhältnisses der Regelschaltung 16A zu vergrößern.
Es ist nicht unüblich, dass es eine Tastverhältnisgrenze gibt, insbesondere wenn es aus Gründen der elektromagnetischen Kompatibilität erforderlich ist, dass die Regelschaltung 16A mit konstanter Frequenz betrieben wird. In diesen Fällen ist die Einschränkung des maximalen Tastverhältnisses DMAX nicht übermäßig nachteilig, da sonst die Rückkopplungsschleife für die Regelschaltung 16A eine Tastverhältnisbeschränkung aufweisen würde.
8A zeigt die Periodendauer des Schaltkondensatorelements 12A und die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX als Funktion der Ausgangsstromstärke. Nimmt die Ausgangsstromstärke ab, wird die Steilheit der Spannungsrestwelligkeit auf die Zwischenspannung VX geringer. Das führt zu einer Reduktion der Frequenz der ersten und zweiten Phasenspannung VA, VB. Aufgrund der Synchronisierung erfolgt die Frequenzreduktion abrupt und nur bei bestimmten Ausgangsstromstärkewerten. Die Frequenzänderung erfolgt immer dann, wenn die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX der Hälfte einer maximalen Spitzen-Spitzen-Spannungsrestwelligkeit ΔVMAX entspricht. Folglich folgt die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX einer Sägezahnwellenform mit einer fixen Talspannung. Ferner nähert sich bei Annäherung der Ausgangsstromstärke an Null die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX der Hälfte der maximalen Spitzen-Spitzen-Spannungsrestwelligkeit ΔVMAX an.
Mit einigen Modifikationen der Steuereinheit 20A ist es auch möglich, zu erreichen, dass die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX einer Sägezahnwellenform mit fixer Peak-Spannung folgt, wie in 8B veranschaulicht. In diesem Szenario nähert sich die Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX bei Annäherung der Ausgangsstromstärke an Null der maximalen Spitzen-Spitzen-Spannungsrestwelligkeit ΔVMAX an. Der Hauptunterschied zwischen dem ersten Ansatz aus 8A und dem zweiten Ansatz aus 8B besteht in der Verteilung von Frequenzen und Spitzen-Spitzen-Zwischenspannungsrestwelligkeit ΔVX über den Ausgangsstromstärkenbereich.
Die in 4 dargestellte und oben beschriebene Steuereinheit 20A ist eine von vielen möglichen Ausführungen der ersten generischen Steuereinheit 20, die den Energiewandler 10A oder jeden beliebigen Energiewandler, der ein einer Regelschaltung 16A vorgeschaltetes Schaltkondensatorelement 12A umfasst, synchronisieren kann. In diesem modularen, mehrstufigen Energiewandler-Aufbau können das Schaltkondensatorelement 12A und die Regelschaltung 16A auf viele verschiedene Arten kombiniert werden. 9 zeigt beispielsweise einen alternativen Energiewandler 10B, in dem eine Regelschaltung 16A einem Schaltkondensatorelement 12A vorgeschaltet ist.
In 9 synchronisiert eine zweite generische Steuereinheit 21 die Regelschaltung 16A und das Schaltkondensatorelement 12A. Die Eingangs- und Ausgangssignale der zweiten generischen Steuereinheit 21 entsprechen jenen der ersten generischen Steuereinheit 20. In dem Energiewandler 10B kann die Regelschaltung 16A verschiedene Arten schaltbarer Energiewandler umfassen, wie z. B. einen Aufwärtswandler, einen Resonanzwandler und einen Sperrwandler. Auf ähnliche Weise kann das Schaltkondensatorelement 12A verschiedene Arten von Schaltkondensatorwandlern umfassen, wie z. B. eine Serien-Parallel-Ladungspumpe, einen Spannungsdoppler und einen Kaskadenmultiplikator. Unabhängig davon, ob die Regelschaltung 16A oder das Schaltkondensatorelement 12A ausgewählt wird, ändert sich die Frequenz des Schaltkondensatorelements 12A schrittweise mit der Variation des Ausgangsstroms des Energiewandlers 10B, wenn die beiden Stufen synchronisiert sind.
Zusätzlich zu Alternativen für den modularen, mehrstufigen Aufbau des Energiewandlers ist es auch möglich, Mehrphasenausführungen zu synchronisieren. 10 zeigt einen Drei-Phasen-Energiewandler 10C und eine generische Drei-Phasen-Steuereinheit 22, die die verschiedenen Stufen synchronisiert. Der Drei-Phasen-Energiewandler 10C umfasst drei untergeordnete Steuereinheiten: eine erste Regelschaltung 16A, eine zweite Regelschaltung 16B, eine dritte Regelschaltung 16C; und drei untergeordnete Spannungstransformationselemente: ein erstes Schaltkondensatorelement 12A, ein zweites Schaltkondensatorelement 12B und ein drittes Schaltkondensatorelement 12C. Das erste, zweite und dritte Schaltkondensatorelement 12A, 12B, 12C stellen eine erste, zweite bzw. dritte Zwischenspannung VX1, VX2, VX3 bereit.
Eine erste, zweite und dritte Regelsteuerspannung VR1, VR2, VR3 steuern die erste, zweite bzw. dritte Regelschaltung 16A, 16B, 16C. Ferner steuern eine erste und zweite Phasenspannung VA1, VB1 das erste Schaltkondensatorelement 12A; eine dritte und vierte Phasenspannung VA2, VB2 steuern das zweite Schaltkondensatorelement 12B und eine fünfte und sechste Phasenspannung VA3, VB3 steuern das dritte Schaltkondensatorelement 12C. Zusätzlich dazu umfasst ein Regelsteuerbus BVR die erste, zweite und dritte Regelsteuerspannung VR1, VR2, VR3. Ein erster Phasen-Bus BVA umfasst die erste, dritte und fünfte Phasenspannung VA1, VA2, VA3. Schließlich umfasst ein zweiter Phasen-Bus BVB die zweite, vierte und sechste Phasenspannung VB1, VB2, VB3.
11 zeigt eine Drei-Phasen-Steuereinheit 22A, die eine bevorzugte Ausführungsform der generischen Drei-Phasen-Steuereinheit 22 ist. Die Drei-Phasen-Steuereinheit 22A kann in einen ersten und einen zweiten Steuerabschnitt unterteilt werden. Die Steuerschaltung für die erste, zweite und dritte Regelschaltung 16A, 16B, 16C befindet sich in dem ersten Steuerabschnitt und umfasst einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Steuerblock 30, 31, 32A, 32B, 32C, 33. Im Gegensatz dazu befindet sich die Steuerschaltung für das erste, zweite und dritte Schaltkondensatorelement 12A, 12B, 12C in dem zweiten Steuerabschnitt und umfasst einen siebten, achten, neunten, zehnten und elften Steuerblock 34, 35A, 35B, 35C, 36.
Die Drei-Phasen-Steuereinheit 22A sieht sehr ähnlich aus wie die Steuereinheit 20A in 4, weist aber zusätzlich Eingangs- und Ausgangssignale auf. In der Drei-Phasen-Steuereinheit 22A wird ein Linearspannungssteuerschema verwendet, um die Regelschaltungen 16A–16C zu steuern, und ein Hysteresesteuerschema, um die Schaltkondensatorelemente 12A–12C zu steuern. In der Folge ist der Betrieb des ersten und zweiten Steuerabschnitts in der Drei-Phasen-Steuereinheit 22A dem in Zusammenhang mit 4 beschriebenen Betriebsmodus ähnlich.
In dem ersten Steuerabschnitt legt der erste Steuerblock 30 die Frequenz und Phase der ersten, zweiten und dritten Regelsteuerspannung VR1, VR2, VR3 fest. Der erste Steuerblock 30 erzeugt eine erste, zweite und dritte Sägezahnspannung VSAW1, VSAW2, VSAW3, die durch den dritten, vierten bzw. fünften Steuerblock 32A, 32B, 32C mit einer Fehlerspannung VERR verglichen werden. Die resultierenden drei Ausgaben werden durch den sechsten Steuerblock 33 weiter verarbeitet, der den Regelsteuerbus BVR erzeugt.
In dem zweiten Steuerabschnitt werden die erste, zweite und dritte Zwischenspannung VX1, VX2, VX3 mit einer Triggerspannung VXL verglichen, die durch den elften Steuerblock 36 erzeugt wird. Der Ausgang des achten, neunten und zehnten Steuerblocks 35A, 35B, 35C wird durch den siebten Steuerblock 34 weiter verarbeitet, wodurch der erste und der zweite Phasen-Bus BVA, BVB erhalten werden. Die ”Verbindung” zwischen dem sechsten Steuerblock 33 und dem siebten Steuerblock 34 ermöglicht eine Synchronisierung des ersten und zweiten Steuerabschnitts.
Für eine bessere Verständlichkeit zeigt 12A einige relevante Signale, die durch die Drei-Phasen-Steuereinheit 22A erzeugt werden. Die erste, zweite und dritte Regelsteuerspannung VR1, VR2, VR3 sind in Bezug aufeinander um 120° phasenverschoben. Die Phasenspannungen VA1, VA2, VA3 sind in Bezug aufeinander im selben Ausmaß wie die jeweils entsprechende Regelsteuerspannung VR1, VR2, VR3 in Bezug auf einander verschoben. Ferner sind die zweite, vierte und sechste Phasenspannung VB1, VB2, VB3 jeweils um 180° in Bezug auf die erste, dritte bzw. fünfte Phasenspannung VA1, VA2, VA3 verschoben.
Wenn die Frequenz der ersten, zweiten und dritten Regelschaltung 16A, 16B, 16C beispielsweise 1 MHz beträgt, sind die ansteigenden und/oder abfallenden Flanken der ersten, zweiten und dritten Regelsteuerspannung VR1, VR2, VR3 jeweils durch 1/3 ms voneinander getrennt. Folglich sind die ansteigenden und/oder abfallenden Flanken der ersten, dritten und fünften Phasenspannung VA1, VA2, VA3 durch 1/3 ms voneinander getrennt, und die ansteigenden und/oder abfallenden Flanken der zweiten, vierten und sechsten Phasenspannung VB1, VB2, VB3 sind ebenfalls durch 1/3 ms voneinander getrennt.
Mit ein paar Modifikationen an der Drei-Phasen-Steuereinheit 22A ist es möglich, die erste, dritte und fünfte Phasenspannung VA1, VA2, VA3 weiter um eine oder mehr als eine ganze Periodendauer der Regelschaltungen 16A–16C wie in 12B dargestellt zu verschieben.
Wenn die Frequenz jeder Regelschaltung 16A–16C beispielsweise 1 MHz beträgt, beträgt die Periodendauer jeder Regelschaltung 16A–16C jeweils 1 ms. Geht man von einer Verschiebung um eine Periodendauer aus, sind die ansteigenden und/oder abfallenden Flanken der ersten, dritten und fünften Phasenspannung VA1, VA2, VA3 durch 1 1/3 ms voneinander getrennt und die ansteigenden und/oder abfallenden Flanken der zweiten, vierten und sechsten Phasenspannung VB1, VB2, VB3 durch 1 1/3 ms voneinander getrennt. Neben anderen Vorteilen führt ein gleichmäßigerer Abstand zwischen der Restwelligkeit der ersten Zwischenspannung VX1, der Restwelligkeit der zweiten Zwischenspannung VX2 und der Restwelligkeit der dritten Zwischenspannung VX3 zu einer Verringerung von deren Auswirkungen auf die Ausgangsspannung VO.
Wie im Fall einer einzigen Phase kann der Störimpulskondensator CX vollständig entfernt werden, wenn das Totzeitintervall DT jedes Schaltkondensatorelements 12A, 12B, 12C dann stattfindet, wenn die entsprechenden Regelschaltungen 16A, 16B, 16C durch Induktionselemente weder Strom ziehen noch einspeisen. In einem Abwärtswandler zieht die Filter-Induktivität beispielsweise nur einen Teil der Zeit Strom von dem Eingang, während die Filter-Induktivität in einem Aufwärtswandler nur einen Teil der Zeit Strom an den Ausgang speist. Diese Energiewandler weisen ein diskontinuierliches Stromintervall auf, in dem Strom entweder gezogen oder eingespeist wird. Aus diesem Grund ist der Störimpulskondensator CX nicht erforderlich, wenn das Totzeitintervall DT jedes Schaltkondensatorelements 12A, 12B, 12C während des diskontinuierlichen Eingangsstromintervalls stattfindet.
Sowohl die Steuereinheit 20A in 4 als auch die Drei-Phasen-Steuereinheit 22A in 11 nutzen eine lineare Spannungsmodussteuerung. Es können jedoch auch andere Steuertechniken, wie z. B. nicht lineare Spannungsmodussteuerung, Spitzenstromstärke-Steuerung und Durchschnittsstromstärke-Steuerung, verwendet werden.
Die hierin beschriebene Steuerschaltung synchronisiert die Schaltkondensatorelemente 12A mit den Regelschaltungen 16A in dem modularen, mehrstufigen Energiewandler-Aufbau. Neben weiteren Vorteilen stellt die hierin beschriebene Steuerschaltung eine Möglichkeit bereit, um die Auswirkungen der Restwelligkeit der Zwischenspannung VX auf die Ausgangsspannung VO und die Entstehung eines ”Spannungssprungs” während des Totzeitintervalls DT des Schaltkondensatorelements 12A zu minimieren.
Verschiedene Merkmale, Aspekte und Ausführungsformen von Steuertechniken für Energiewandler, die Kondensatoren für die Energieübertragung nutzen, wurden hierin beschrieben. Diese Merkmale, Aspekte und zahlreichen Ausführungsformen können miteinander kombiniert sowie variiert und modifiziert werden, wie Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar ist. Die vorliegende Offenbarung sollte somit solche Kombinationen, Variationen und Modifikationen einschließen. Zusätzlich dazu dienen die hierin verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und bei der Verwendung dieser Bezeichnungen und Ausdrücke sollen keine Äquivalente der dargestellten und beschriebenen Merkmale (oder von Teilen davon) ausgeschlossen werden, und es wird anerkannt, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzumfangs möglich sind. Weitere Modifikationen, Variationen und Alternativen sind ebenfalls möglich. Dementsprechend sollen die Patentansprüche alle diese Äquivalente abdecken.
Nach der Beschreibung der Erfindung und einer bevorzugten Ausführungsform wird Folgendes als neu beansprucht und durch das Patent geschützt:

Claims

Vorrichtung zur Energiewandlung, wobei die Vorrichtung ein Spannungstransformationselement, ein Stellelement und eine Steuereinheit umfasst, wobei die Periodendauer des Spannungstransformationselements gleich dem Produkt eines Koeffizienten und der Periodendauer der Regelschaltung ist, wobei der Koeffizient aus einer aus einer positiven ganzen Zahl und einem Kehrwert dieser ganzen Zahl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Stellelement so ausgebildet ist, dass kontinuierlicher Strom durch dieses hindurchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Stellelement so ausgebildet ist, dass diskontinuierlicher Strom durch dieses hindurchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das Stellelement so gesteuert wird, dass verhindert wird, dass während einer Totzeit des Spannungstransformationselements Strom durch dieses hindurchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um mehrere Phasen zu steuern, die in dem Stellelement und dem Spannungstransformationselement vorliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um mehrere Phasen zu steuern, die in dem Stellelement und dem Spannungstransformationselement vorliegen, um zu verhindern, dass während Totzeiten, die jeder der mehreren Phasen zugeordnet sind, Strom durch dieses hindurch fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Datenverarbeitungseinheit und eine Speichereinheit umfasst, wobei zumindest eine davon ausgebildet ist, um durch die Energiewandlerschaltung bereitgestellte Energie zu verbrauchen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Datenverarbeitungseinheit, eine Anzeige und einen drahtlosen Sender und Empfänger umfasst, wobei zumindest eines davon ausgebildet ist, um durch die Energiewandlerschaltung bereitgestellte Energie zu verbrauchen.
Energiewandlervorrichtung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein erstes Element, das ausgebildet ist, um ein Eingangssignal mit einer ersten Spannung anzunehmen und ein Zwischensignal mit einer zweiten Spannung auszugeben; ein zweites Element, das ausgebildet ist, um das Zwischensignal von dem ersten Element zu empfangen und ein Ausgangssignal mit einer dritten Spannung auszugeben, wobei das erste Element aus einer aus einem Spannungstransformationselement und einem Stellelement bestehenden Gruppe ausgewählt ist und das zweite Element ein Stellelement ist, wenn das erste Element ein Spannungstransformationselement ist, und sonst ein Spannungstransformationselement ist; sowie eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um die Periodendauer des Spannungstransformationselements und die Periodendauer des Stellelements zu steuern, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Periodendauer des Spannungstransformationselements mit einem Produkt eines Koeffizienten und der Periodendauer des Stellelements zu synchronisieren, wobei der Koeffizient aus einer aus einer positiven ganzen Zahl und einem Kehrwert dieser ganzen Zahl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin der Koeffizient eine positive ganze Zahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin der Koeffizient ein Kehrwert der positiven ganzen Zahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um das Zwischensignal von dem ersten Element und das Ausgangssignal von dem zweiten Element zu empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um das Eingangssignal zu empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um ein erstes Steuersignal auf Grundlage des Ausgangssignals zu erzeugen und das erste Steuersignal an das Stellelement zu senden.
Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um ein zweites Steuersignal auf Grundlage des Zwischensignals und des ersten Steuersignals zu erzeugen und das zweite Steuersignal an das Spannungstransformationselement zu senden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um eine lineare Spannungsmodussteuerung bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Steuereinheit ausgebildet ist, um eine Spitzenstromstärke-Modussteuerung bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin das Stellelement so ausgebildet ist, dass kontinuierlicher Strom durch dieses hindurchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin das Stellelement so ausgebildet ist, dass diskontinuierlicher Strom durch dieses hindurchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin das Stellelement so ausgebildet ist, dass verhindert wird, dass während einer Totzeit des Spannungstransformationselements Strom durch dieses hindurchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin das Spannungstransformationselement eine Vielzahl von untergeordneten Spannungstransformationselementen umfasst und das Stellelement eine Vielzahl von untergeordneten Stellelementen umfasst und worin jedes der untergeordneten Spannungstransformationselemente einem entsprechenden der untergeordneten Stellelemente zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin das erste Element ein Spannungstransformationselement umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin das erste Element ein Stellelement umfasst.