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Verbundene Anmeldung
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht das Prioritätsdatum der US-Anmeldung Nr. 14/027,716, die am 16. September 2013 eingereicht wurde. Der Inhalt der vorgenannten Anmeldung ist in seiner Gesamtheit ein fester Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
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Hintergrund
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf adiabatische Energieumwandlung und insbesondere auf die Konfigurierung und Steuerung einer teilweise adiabatischen Arbeitsweise einer Ladungspumpe.
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Verschiedene Konfigurationen von Ladungspumpen, einschließlich von Reihen-Parallel- und Dickson-Konfigurationen, verwenden sich abwechselnde Konfigurationen von Schaltelementen, um zwischen den Anschlüssen der Ladungspumpe Ladung weiterzuleiten und Energie zu übertragen. Die Effizienz des Wandlers wird durch die mit der Weiterleitung von Ladung verbundenen Energieverluste bestimmt.
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1 zeigt eine als Buck-Wandler ausgebildete einphasige Dickson-Ladungspumpe 100, an die eine Niederspannungslast 110 und eine Hochspannungsquelle 190 angeschlossen sind. In der dargestellten Konfigurierung wird in der Regel die Last 110 (im Mittel) durch eine Spannung, die 1/5 der durch die Quelle bereitgestellten Spannung beträgt, und einen Strom, der das Fünffache des durch die Hochspannungsquelle 190 bereitgestellten Stroms beträgt, angetrieben. Die Pumpe wird in sich abwechselnden Zuständen, die mit Zustand eins und Zustand zwei bezeichnet werden, derart angetrieben, dass die in 1 dargestellten Schalter in den angegebenen Zuständen geschlossen sind. Im Allgemeinen beträgt die Dauer des jeweiligen Zustands eine halbe Taktzeit T und die entsprechende Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 ist gleich dem Kehrwert der Taktzeit T.
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2A–B zeigen die entsprechende Schaltung in den jeweiligen Zuständen zwei bzw. eins, wobei der jeweilige geschlossene Schalter als ein entsprechender Widerstand R dargestellt ist. Die Kondensatoren C1 bis C4 haben eine Kapazität C. Bei einem ersten konventionellen Betrieb der Ladungspumpe 100 ist die Hochspannungsquelle 190 eine Spannungsquelle, z. B eine Fünfundzwanzig-Volt-Quelle, so dass die Niederspannungslast 100 von fünf Volt angetrieben wird. Während des Betriebs beträgt die Spannung über die Kondensatoren C1 bis C4 jeweils ungefähr fünf Volt, zehn Volt, fünfzehn Volt und zwanzig Volt.
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Eine Ursache für Energieverluste in der Ladungspumpe 100 sind die ohmschen Verluste an den Schaltern (d. h. durch die Widerstände R in 2A–B). Wie in 2A gezeigt wird während des Zustands zwei Ladung vom Kondensator C2 zum Kondensator C1 und vom Kondensator C4 zum Kondensator C1 übertragen. Die Spannungen an diesen Kondensatoren-Paaren gelangen ins Gleichgewicht, vorausgesetzt die Taktzeit T ist ausreichend größer als die Zeitkonstante der Schaltung (z. B. die Widerstände R sind ausreichend klein). Im Allgemeinen sind die ohmschen Energieverluste in diesem Gleichgewicht proportional zum Zeitmittelwert des Quadrats des Stroms, der durch die Kondensatoren und damit durch die Niederspannungslast 110 fließt. Während des Zustands eins gelangen in ähnlicher Weise die Kondensatoren C3 und C2 ins Gleichgewicht, lädt sich der Kondensator C4 auf und entlädt sich der Kondensator C1, was ebenfalls im Allgemeinen zu ohmschen Energieverlusten führt, die zum Zeitmittelwert des Quadrats des durch die Niederspannungslast 110 fließenden Stroms proportional sind.
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Es kann für einen bestimmten mittleren, durch die Last 110 fließenden Strom gezeigt werden, dass, vorausgesetzt die Last weist eine annähernd konstante Spannung auf, die ohmschen Energieverluste in dem Maße abnehmen, wie die Taktzeit T verkürzt wird (d. h. die Schaltfrequenz erhöht wird). Dies wird im Allgemeinen durch eine Betrachtung der Auswirkung der Halbierung der Taktzeit klar, die im Allgemeinen die Spitzenströme während der Einstellung des Gleichgewichts um die Hälfte verringert und damit die ohmschen Energieverluste auf ungefähr ein Viertel verringert. Damit sind die ohmschen Energieverluste annähernd umgekehrt proportional zum Quadrat der Schaltfrequenz.
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Eine andere Ursache für Energieverluste bezieht sich auf die kapazitiven Verluste an den Schaltern, so dass Energieverluste mit der Schaltfrequenz ansteigen. Im Allgemeinen geht mit jedem Zyklusübergang ein fester Ladungsbetrag verloren, der als ein zur Schaltfrequenz proportionaler Strom betrachtet werden kann. Damit sind die kapazitiven Energieverluste annähernd proportional zum Quadrat der Schaltfrequenz.
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Es gibt daher für eine Spannungsquelle und Last eine optimale Schaltfrequenz, durch die jeweils die Summe der ohmschen bzw. kapazitiven Energieverluste minimiert wird, die durch eine höhere Frequenz verringert bzw. durch eine höhere Frequenz erhöht werden.
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Zusammenfassung
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Die am 8. November 2012 veröffentlichte Patentschrift
WO 2012/151466 beschreibt Konfigurationen, in denen die Quelle und/oder Last Regelschaltungen umfassen. Insbesondere in
1 und
2A–B kann die Last
110 effektiv eine Stromsenke umfassen, statt eine konstante Spannung aufzuweisen, wobei dies ein Beispiel für eine sogenannte "adiabatische" Arbeitsweise einer Ladungspumpe ist. Nimmt die Stromsenke konstanten Strom auf, bleiben die in
2A dargestellten Ströme während des dargestellten Zustands effektiv im Wesentlichen konstante Werte. Die ohmschen Leistungsverluste sind daher geringer als die im spannungsgetriebenen Fall, im Abschnitt Hintergrund diskutierten ohmschen Verluste und sind darüber hinaus im Wesentlichen von der Taktzeit T unabhängig. In Situationen, in denen die Last einen Impulsstrom aufnimmt, steigen die ohmschen Energieverluste für einen bestimmten mittleren Strom im Allgemeinen in dem Maße an, wie das Tastverhältnis des Stroms abnimmt (und der Spitzenstrom zunimmt). Es gibt einen Bereich von niedrigen Tastverhältnissen, in dem die ohmschen Verluste bei einem Impulsstrom die Verluste des gleichen mittleren Stroms übersteigen, der sich ergäbe, wenn die Ladungspumpe eine relativ konstante Ausgangsspannung antreibt, z. B. über einen großen Ausgangskondensator.
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Ein Aspekt ist es, im Allgemeinen die Arbeit einer Ladungspumpe zu steuern, um die Effizienz der Leistungsumwandlung zu optimieren, indem bei einigen Arbeitsmerkmalen ein adiabatischer Modus und bei anderen Merkmalen ein nicht-adiabatischer Modusverwendet wird. Die Steuerung wird implementiert, indem am Ausgang der Ladungspumpe eine konfigurierbare Schaltung gesteuert wird.
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Ein anderer Aspekt ist es, im Allgemeinen den Betrieb einer Ladungspumpe so zu steuern, dass die ohmschen Leistungsverluste minimiert werden, indem bei einem relativ hohen Tastverhältnis (d. h. relativ hohem Ausgangsstrom) ein adiabatischer Modus verwendet und bei einem relativ niedrigen Tastverhältnis (d. h. relativ niedrigem Ausgangsstrom) ein nicht-adiabatischer Modus verwendet wird. In einigen Beispielen wird der Modus gewählt, indem selektiv ein Kompensationskondensator am Ausgang der Ladungspumpe zugeschaltet wird, um eine im Wesentlichen konstante Spannung darzustellen.
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Ein anderer Aspekt ist es, dass im Allgemeinen eine Vorrichtung eine Ladungspumpe und eine mit der Ladungspumpe verbundene Steuereinheit enthält. Die Ladungspumpe verfügt über eine Vielzahl von Schaltelementen, die angeordnet sind, um in einer Vielzahl von Zyklen zu arbeiten, wobei jeder Zyklus mit einer anderen Konfigurierung der Schaltelemente verbunden ist. Die Schaltelemente sind so konfiguriert, dass sie für eine Vielzahl von kapazitiven Elementen Lade- und Entladepfade bereitstellen. Die Steuereinheit hat einen Ausgang zur zeitlichen Steuerung der Zyklen der Ladungspumpe und einen oder mehrere Sonsoreingänge zur Aufnahme eines Sensorsignals, das die Arbeitsweise der Ladungspumpe und/oder die Arbeitsweise der mit der Ladungspumpe verbundenen Peripherieschaltungen charakterisiert. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um die zeitliche Abfolge der Zyklen der Ladungspumpe gemäß den Änderungen an dem einen oder den mehreren Sensorsignalen innerhalb von Zyklen der Ladungspumpe anzupassen.
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Ein anderer Aspekt ist es, dass im Allgemeinen eine Vorrichtung eine SC(Switched-Capacitor)-Ladungspumpe enthält, die konfiguriert ist, um eine Spannungsumwandlung zwischen den Anschlüssen, einschließlich eines Hochspannungsanschlusses und eines Niederspannungsanschlusses, bereitzustellen. Die Vorrichtung enthält darüber hinaus eine Kompensationsschaltung, die mit dem ersten Anschluss der Ladungspumpe verbunden ist, um eine Last durch die Ladungspumpe anzutreiben, wobei die Kompensationsschaltung eine Kapazität bereitstellt, die konfigurierbar mit dem ersten Anschluss der Ladungspumpe verbindbar ist. Eine Steuereinheit ist mit der Ladungspumpe und der konfigurierbaren Schaltung verbunden und verfügt über einen Ausgang zur Konfigurierung der Kompensationsschaltung und über einen oder mehreren Sonsoreingänge zur Aufnahme eines Sensorsignals, das die Arbeitsweise der Ladungspumpe und/oder die Arbeitsweise der mit der Ladungspumpe verbundenen Peripherieschaltungen charakterisiert. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um die Kompensationsschaltung gemäß den Sensorsignalen zu konfigurieren, um die Effizienz der Leistungsumwandlung zwischen einer mit der Ladungspumpe verbundenen Energiequelle und der über die konfigurierbare Schaltung mit der Ladungspumpe verbundenen Last zu beeinflussen.
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Aspekte können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten.
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Die Steuereinheit ist konfiguriert, um eine ausgewählte Kapazität mit dem ersten Anschluss zu verbinden, um die Effizienz der Leistungsumwandlung zu optimieren.
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Das eine oder die mehreren Sensorsignale beinhalten ein Sensorsignal, das die zeitliche Änderung des über die Kompensationsschaltung zur oder von der Ladungspumpe fließenden Stroms charakterisiert. In einigen Beispielen charakterisiert das Sensorsignal ein Tastverhältnis eines zur oder von der Ladungspumpe fließenden Impulsstroms. In einigen Beispielen ist dieser über die Kompensationsschaltung zur oder von der Ladungspumpe fließende Strom ein zwischen der Kompensationsschaltung und einer über die Kompensationsschaltung mit der Ladungspumpe verbundenen Peripherieschaltung fließender Strom.
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Das eine oder die mehreren Sensorsignale beinhalten ein Sensorsignal, das eine Spannung an wenigstens einem der Anschlüsse der Ladungspumpe und an der mit der Ladungspumpe verbundenen Peripherieschaltung charakterisiert.
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Das eine oder die mehreren Sensorsignale beinhalten ein Sensorsignal, das die Schaltfrequenz der Ladungspumpe charakterisiert.
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Die Steuereinheit ist konfiguriert, um aus den Sensorsignalen den Betriebsmodus zu bestimmen und die Konfigurierung der Kompensationsschaltung gemäß dem bestimmten Modus zu bestimmen.
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Die Steuereinheit ist konfiguriert, um wenigstens einen Modus mit einem Fast-Switching-Limit-Betrieb der Ladungspumpe und einer Impulsstromlast zu ermitteln und in diesem Modus die mit den ersten Anschluss verbundene Kapazität zu erhöhen.
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Die Steuereinheit ist konfiguriert, um wenigstens einen Modus mit einem Slow-Switching-Limit-Betrieb der Ladungspumpe und einer Impulsstromlast mit einem kleineren Tastverhältnis als einem Schwellenwert-Tastverhältnis zu ermitteln und in diesem Modus die mit dem ersten Anschluss verbundene Kapazität zu verringern.
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Die Vorrichtung enthält des Weiteren eine Peripherieschaltung, die einen mit der Kompensationsschaltung verbundenen Regler enthält. Der Regler stellt der Ladungspumpe über die Kompensationsschaltung eine strombasierte Last bereit. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um eine Konfigurierung der Kompensationsschaltung gemäß einer Effizienz der von der Ladungspumpe durchgeführten Leistungsumwandlung zu ermitteln. In einigen Beispielen umfasst der Regler einen Buck-Wandler. In einigen Beispielen umfasst die Ladungspumpe eine Reihen-Parallel-Ladungspumpe. In einigen Beispielen umfasst die Ladungspumpe eine Dickson-Ladungspumpe.
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Ein anderer Aspekt ist es, dass im Allgemeinen ein Verfahren auf Leistungsregelung ausgerichtet ist, wobei eine mit einer Last verbundene Ladungspumpe verwendet wird, die eine mit einem Anschluss der Ladungspumpe verbundene Kompensationsschaltung verwendet. Das Verfahren beinhaltet die Konfigurierung einer durch die Kompensationsschaltung an einem ersten Anschluss der Ladungspumpe bereitgestellten Kapazität. Die Kapazität wird gemäß den Sensorsignalen gewählt, um die Effizienz der Leistungsumwandlung zwischen einer mit der Ladungspumpe verbundenen Energiequelle und der über die konfigurierbare Schaltung mit der Ladungspumpe verbundenen Last zu beeinflussen.
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Das Verfahren kann das Aufnehmen der Sensorsignale beinhalten. Die Sensorsignale können eine oder mehrere zeitliche Änderungen eines über eine Kompensationsschaltung zur oder von der Ladungspumpe fließenden Stroms, ein Tastverhältnis eines zwischen der Kompensationsschaltung und einer Peripherieschaltung fließenden Stroms, eine am ersten Anschluss der Ladungspumpe anliegende Spannung oder eine an der mit der Ladungspumpe verbundenen Peripherieschaltung anliegende Spannung charakterisieren.
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Ein Vorteil von einer oder mehrere Ausführungsformen ist es, dass eine effiziente Arbeitsweise bei sich ändernden Arbeitsmodi des Leistungswandlers aufrechterhalten wird.
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Ein anderer Vorteil von einer oder mehreren Ausführungsformen ist es, dass eine Steuereinheit nicht für eine bestimmte Verwendung der Ladungspumpe vorkonfiguriert werden muss und sich an die Schaltung, in die die Pumpe eingebaut ist, ohne weitere Konfigurierung anpassen kann. So kann sich die Steuereinheit zum Beispiel an die Größe des verwendeten Pumpenkondensators, den mit der Pumpe verbundenen Reglertyp, die Schaltfrequenz der Pumpe und/oder den Regler usw. anpassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine einphasige 1:5-Dickson-Ladungspumpe;
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2A–B sind die entsprechenden Schaltungen der Ladungspumpe aus 1 in zwei Betriebszuständen;
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3 und 4 sind Schaltungen mit einer mit der Ladungspumpe verbundenen schaltbaren Kompensationsschaltung;
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5 ist eine Schaltung zur Messung eines Ladungspumpenstroms;
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6 ist ein Schaltbild, das die Übertragung von Ladung innerhalb eines Zyklus der in 4 dargestellten Ladungspumpe darstellt;
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7A–C sind Graphen der Ausgangsspannung der in 4 dargestellten Ladungspumpe unter Bedingungen mit verschiedenen Ausgangsströmen und Schaltfrequenzen und
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8 ist eine einphasigen Reihen-Parallel-Ladungspumpe. Beschreibung
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Wie vorstehend in einem Beispiel erläutert, kann eine in
1 dargestellte Ladungspumpe
100 in einem "adiabatischen" Modus arbeiten, bei dem eines aus einem Niederspannungsperipherie-Element
110 und einem Hochspannungsperipherie-Element
190 oder beide eine Stromquelle umfassen können. So beschreibt die am 8. November 2012 veröffentlichte Patentschrift
WO 2012/151466 , die durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Patentschrift ist, Konfigurationen, in denen die Quelle und/oder Last Regelschaltungen umfassen. Insbesondere in
1 und
2A–B kann die Niederspannungslast
110 effektiv statt einer Spannungsquelle eine Stromquelle umfassen, wobei dies ein Beispiel für eine sogenannte "adiabatische" Arbeitsweise einer Ladungspumpe ist. Hält die Stromquelle einen konstanten Strom von der Ladungspumpe aufrecht, behalten die in
2A dargestellten Ströme während des dargestellten Zustands im Wesentlichen konstante Werte. Daher sind die ohmschen Verluste in den Schaltern, durch die der Strom fließt, geringer als die ohmschen Verluste im Fall einer Spannungslast und sind darüber hinaus im Wesentlichen von der Schaltfrequenz und der Taktzeit T unabhängig. Wie beim spannungsgetriebenen Fall, wachsen die kapazitiven Verluste in den Schaltern mit zunehmender Schaltfrequenz, woraus entnommen werden kann, dass ein Verringern der Schaltfrequenz wünschenswert ist. Andere Faktoren, die von internen Aspekten der Ladungspumpe, von Spannungs- oder Strommerkmalen an den Anschlüssen der Ladungspumpe und/oder internen Aspekten der Peripherie-Elemente, wie Quelle und/oder Last, abhängen können, können jedoch die Taktzeit begrenzen (z. B. einen niedrigen Grenzwert für die Schaltfrequenz aufzwingen).
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Bezugnehmend auf 3 kann eine Last 320 in einem ersten Betriebsmodus als eine Last, die eine konstante Stromquelle 312 mit einem Ausgangsstrom IO umfasst, betrachtet werden. In einigen Implementierungen enthält die Last 320 des Weiteren einen Ausgangskondensator, der für die folgende Analyse als klein genug angesehen werden kann, dass der zur Last 320 fließende Strom als im Wesentlichen konstant angesehen werden kann. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2A–B erläutert ist die Ladungsübertragung zwischen Kondensatoren in der Ladungspumpe 100 während der sich abwechselnden Betriebszustände der Ladungspumpe 100 im adiabatischen Betriebsmodus daher im Wesentlichen konstant.
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Weiter bezugnehmend auf 3 wird zwischen der Ladungspumpe 100 und der Last 320 eine Kompensationsschaltung 340 zugeschaltet. Ein Schalter 344 ist steuerbar, um selektiv einen Kompensationskondensator 342 am Ausgang der Ladungspumpe 100 zuzuschalten.
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Die Effizienz der in 3 dargestellten Leistungsumwandlung, kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, einschließlich der Spannung einer Eingangsspannungsquelle 392, der Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 und des Ausgangsstroms IO (oder, was in gewisser Weise äquivalent ist, des Eingangs- oder Ausgangsstroms der Ladungspumpe 100). Die Effizienz hängt des Weiteren davon ab, ob der Kompensationskondensator 342 über den Schalter 344 mit dem Ausgangspfad verbunden ist oder nicht. Als ein allgemeiner Ansatz nimmt eine Steuereinheit 350 Eingangssignale entgegen, die einen oder mehrere die Effizienz beeinflussenden Faktoren charakterisieren, und gibt ein Steuersignal aus, das den Zustand des Schalters 344 einstellt, je nachdem, ob erwartet werden kann, dass die Effizienz durch das Zuschalten eines Kompensationskondensators verbessert werden wird oder nicht. Eine weitere Diskussion der durch die Steuereinheit 350 implementierten Logik erfolgt weiter unten in der Beschreibung.
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Bezugnehmend auf 4 hat eine Konfigurierung der Ladungspumpe 100 in einem weiteren Beispiel einen Regler 320, der über eine Kompensationsschaltung 340 mit dem Niederspannungsanschluss der Ladungspumpe 100 verbunden ist, und eine Spannungsquelle 392, die mit dem Hochspannungsanschluss der Ladungspumpe 100 verbunden ist. Der in 4 dargestellte Regler 320 (der untenstehend außerdem im Allgemeinen austauschbar als "Wandler" bezeichnet wird) ist ein Buck-Wandler, der aus den Schaltern 322, 324, einer Spule 326 und einem Ausgangskondensator 328 besteht. Die Schalter öffnen bzw. schließen sich (d. h. weisen jeweils hohe bzw. niedrige Impedanz auf) in sich abwechselnden Zuständen, so dass der Schalter 322 geöffnet ist, wenn der Schalter 324 geschlossen ist, und der Schalter 322 geschlossen ist, wenn der Schalter 324 geöffnet ist. Diese Schalter arbeiten mit einer Frequenz, die niedriger, höher oder gleich wie bei den Schaltern der Ladungspumpe 100 sein kann, wobei ein Tastverhältnis als der Bruchteil der Zeit, die der Schalter 322 im Regler 320 geschlossen ist, definiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 niedriger als beim Regler 320. Falls jedoch die Ladungspumpe 100 eine höhere Frequenz aufweist als der Regler 320, wird die Ladungspumpe 100 deaktiviert, wenn der Regler 320 ausgeschaltet ist (niedriges Tastverhältnis), und die Ladungspumpe 100 wird aktiviert, wenn der Regler 320 angeschaltet ist.
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Im Allgemeinen arbeitet der Regler 320 mit der höchsten Leistungseffizienz, wenn er bei seinem höchsten Tastverhältnis arbeitet. In einigen Beispielen passt eine Steuereinheit des Reglers (nicht dargestellt) das Tastverhältnis auf hergebrachte Weise an, um eine gewünschte Ausgangsspannung VO zu erreichen. Während der Zyklen des Reglers 320, während derer der Schalter 322 geschlossen ist, ist der Strom der von der Ladungspumpe 100 zum Regler 320 fließt effektiv konstant gleich dem Strom durch die Spule 326. Vorausgesetzt die Schaltfrequenz des Reglers 320 ist wesentlich höher als die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100, kann die Ladungspumpe 100 als durch eine Impulsstromquelle mit einem mittleren Strom, der gleich dem Tastverhältnis multipliziert mit der Spulenspannung ist, angetrieben betrachtet werden.
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Es ist zu beachten, dass, wie vorstehend erläutert, in Situationen, in denen der Regler 320 einen Impulsstrom aufnimmt, die ohmschen Energieverluste für einen bestimmten mittleren Strom im Allgemeinen in dem Maße ansteigen, wie das Tastverhältnis des Stroms abnimmt und zwar annähernd umgekehrt zum Tastverhältnis. Es gibt einen Bereich von niedrigen Tastverhältnissen (und damit mit hohem Spitzenstrom im Vergleich zum mittleren Strom), in dem die ohmschen Verluste bei einem Impulsstrom die Verluste des gleichen mittleren Stroms übersteigen, der sich ergäbe, wenn die Ladungspumpe 100 eine relativ konstante Ausgangsspannung antreibt, z. B. über einen großen Ausgangskondensator. Die Steuereinheit 350 schließt daher für einen ausgewählten Bereich von niedrigen Tastverhältnissen den Schalter 344 und schaltet einen relativ großen Kompensationskondensator 342 am Ausgang der Ladungspumpe 100 zu. Als Ergebnis liegt an der Ladungspumpe 100 eine im Wesentlichen konstante Spannung an und diese arbeitet im Wesentlichen im "nicht-adiabatischen" Modus. Die Steuereinheit 350 reagiert daher effektiv auf die Ausgangsspannung, da das Tastverhältnis annähernd proportional zur Ausgangsspannung ist. Dadurch arbeitet die Ladungspumpe 100 bei hoher Ausgangsspannung in einem adiabatischen Modus und bei niedriger Ausgangsspannung in einem nicht-adiabatischen Modus und wechselt bei einem Schwellenwert-Tastverhältnis zwischen den adiabatischen und nicht-adiabatischen Modi, um eine optimale Effizienz der globalen Leistungsumwandlung beizubehalten.
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Beispiele für Steuerungslogik, die in Konfigurationen, wie sie in 4 und 5 dargestellt werden, in der Steuereinheit 350 implementiert werden, können mit Blick auf die folgende Diskussion verstanden werden.
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Im Allgemeinen kann eine Ladungspumpe in ein oder zwei einzigartigen Arbeitszuständen oder im Bereich dazwischen arbeiten. Bei einem Slow-Switching-Limit(SSL)-Regime haben die Kondensatorströme genug Zeit, um ihre Endwerte anzunehmen, und die Kondensatorspannungen unterliegen von Beginn bis Ende eines Zyklus der Ladungspumpe signifikanten Größenänderungen. In einem Fast-Switching-Limit(FSL)-Regime erreichen die Kondensatoren zum Beispiel aufgrund der Kombination von einem oder mehreren Faktoren aus hohen Kapazitäten, hoher Schaltfrequenz und hohem Schalterwiderstand während eines Arbeitszyklus der Ladungspumpe kein Gleichgewicht.
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Ein weiterer Faktor bezieht sich auf die Kapazität am Ausgang der Ladungspumpe 100, die in den Schaltungen aus 4 durch Schließen des Schalters 344, wodurch der Kompensationskondensator 342 zum Ausgang zugeschaltet wird, erhöht werden kann. Bei kleinen Ausgangskapazitäten wird der Ausgangsstrom der Ladungspumpe 100 effektiv durch den Impulsstrom, der für den Regler 320 charakteristisch ist, eingestellt. Wie vorstehend diskutiert sind im Fall von Impulsstrom die ohmschen Leistungsverluste bei einem gegebenen mittleren Strom annähernd umgekehrt proportional zum Tastverhältnis.
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Bei großen Ausgangskapazitäten wird das quadratische Mittel (root mean square, RMS) des Ausgangsstroms der Ladungspumpe 100 effektiv durch das Gleichgewicht zwischen internen Kondensatoren der Ladungspumpe 100 und dem Kompensationskondensator 342 und dem Regler 320 bestimmt. Bei einem gegebenen mittleren Strom sind diese ohmschen Leistungsverluste annähernd umgekehrt proportional zum Quadrat der Spitze-Spitze-Spannung über den internen Kondensatoren in der Ladungspumpe 100.
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Für die Betriebsmodi sind vier Kombinationen aus FSL/SSL und konstantem/Impuls-IO möglich. In einigen Beispielen wird jeder dieser vier Modi wie in 3 und 4 gezeigt durch das Hinzufügen eines Kompensationskondensators 342 auf verschiedene Weise beeinflusst.
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Fall eins: Im FSL-Modus mit konstantem Ausgangsstrom IO wie in 3 wird die Umwandlungseffizienz durch das Zuschalten eines Kompensationskondensators 342 nicht wesentlich beeinflusst.
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Fall zwei: Im FSL-Modus mit Impulsausgangsstrom wie in 4 nimmt die Effizienz zu, wenn der Kompensationskondensator 342 zugeschaltet und damit das quadratische Mittel (RMS) des Stroms, der an der Ladungspumpe 100 anliegt, herabgesetzt wird.
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Fall drei: Im SSL-Modus mit konstantem Ausgangsstrom IO wie in 3 nimmt die Effizienz im Allgemeinen ohne ein Zuschalten des Kompensationskondensators 342 zu, wodurch sich ein adiabatischer Betrieb ergibt.
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Fall vier: Im SSL-Modus mit Impulslaststrom wie in 4 hängt die Effizienz von der Beziehung zwischen dem mittleren Ausgangsstrom, dem Tastverhältnis und, wie weit die Ladungspumpe 100 von der SSL/FSL-Grenze entfernt arbeitet, ab. Zum Beispiel wird die Effizienz bei einem niedrigen Tastverhältnis im Allgemeinen durch das Zuschalten des Kompensationskondensators 342 erhöht, wodurch sich ein nicht-adiabatischer Betrieb ergibt. Bei einem hohen Tastverhältnis wird die Effizienz dagegen im Allgemeinen ohne ein Zuschalten des Kompensationskondensators 342 erhöht, wodurch sich ein adiabatischer Betrieb ergibt. Außerdem ist, wenn die Ladungspumpe 100 im SSL-Modus ist, das Tastverhältnis, bei dem sich der Effizienz-Trend umkehrt, umso niedriger, je weiter entfernt von der SSL/FSL-Grenze sie arbeitet.
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Abhängig von den relativen Werten der Ladungspumpen-Kondensatoren, der Schalterwiderstände und der Frequenz ist es möglich, dass die Ladungspumpe in einem Regime zwischen FSL und SSL arbeitet. Im diesem Fall gibt es effektiv einen Übergangspunkt zwischen dem Fall vier und dem Fall zwei, bei dem der Kompensationskondensator gemäß der globalen Effizienz der Umwandlung zugeschaltet wird. Wie vorstehend beschrieben müssen im Fall vier der mittlere Ladungsstrom und sein Tastverhältnis bekannt sein, um zu ermitteln, ob ein Zuschalten des Kompensationskondensators die Effizienz verbessert.
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In einigen Implementierungen hat die Steuereinheit 350 keinen Zugang zu Signalen oder Daten, die den Modus, in dem die Leistungsumwandlung stattfindet, direkt angeben. Ein Ansatz besteht darin, dass die Steuereinheit ein Sensorsignal empfängt, das den Eingangsstrom der Ladungspumpe repräsentiert, und aus diesem Sensorsignal den Betriebsmodus herzuleiten.
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Zum Beispiel kann ein Sensorsignal, das als Spannung über dem Schalter am Hochspannungsanschluss des Wandlers (z. B. dem Schalter zwischen der Quelle 109 und dem Kondensator C4 in 1) ermittelt wurde, verwendet werden, um den Strom zu repräsentieren, da bei geschlossenem Schalter, die Spannung der mit dem Schalterwiderstand multiplizierte Strom ist.
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Eine alternative Schaltung, die in 5 gezeigt wird, stellt eine skalierte Version des Eingangsstroms IIN bereit. Der Eingangsschalter 510 mit geschlossenem Widerstand R wird parallel zu einem zweiten Schalter mit geschlossenem Widerstand kR geschaltet, der beispielsweise als CMOS-Schalter gefertigt ist, wobei der Faktor k von der Geometrie des Schalters abhängt. Wenn die Schalter geschlossen sind, steuert der Differentialverstärker 530 die Gate-Spannung des Transistors 540 so, dass der Spannungsabfall über den zwei Schaltern gleich ist, wodurch sich der skalierte Eingangsstrom IIN/k ergibt, der zur Bildung eines Sensoreingangssignals für die Steuereinheit verwendet werden kann.
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Der ermittelte Eingangsstrom kann verwendet werden, um festzustellen, ob der Kompensationskondensator zum Beispiel gemäß eines vorstehend beschriebenen Übergangs zwischen Fall vier und Fall zwei zugeschaltet werden sollte.
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Ein mögliches Verfahren zur Ermittlung des Betriebsmodus der Ladungspumpe 100 besteht darin, eine oder mehrere Messungen des Eingangsstroms IIN vorzunehmen und festzulegen, dass für den SSL-Modus die Differenz zwischen den Werten aufeinander folgender Abtastungen im Wesentlichen Null ist oder für den FSL-Modus über einem vordefinierten Schwellenwert liegt.
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Ein weiteres Verfahren besteht darin, die Differenz der Spannungen in einem Kondensator in der Ladungspumpe 100 zu messen. Ist der Eingangsstrom IIN erst einmal bekannt, kann die Steuereinheit 350 den Arbeitsmodus aus der Spannungswelligkeit am Kondensator über einen vollen Zyklus herleiten. Es ist zu beachten, dass der Steuereinheit 350 die jeweiligen Größen der in der Ladungspumpe 100 verwendeten Kondensatoren nicht unbedingt bekannt sind, da zum Beispiel die Kondensatoren diskrete Kondensatoren sind, die nicht vordefiniert sind. Die Kondensatorenwerte können jedoch aus dem bekannten Strom, der bekannten Spannungswelligkeit und der Frequenz hergeleitet werden, wodurch es der Steuereinheit 350 möglich wird, festzustellen, ob die Ladungspumpe 100 im FSL- oder im SSL-Modus arbeitet. Die Steuereinheit 350 kann dann adiabatisches oder nicht-adiabatisches Laden wählen, indem sie den Schalter 344 so steuert, dass der Kompensationskondensator 342 selektiv zugeschaltet wird.
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In anderen Implementierungen wird andere Steuerungslogik verwendet. Eine Alternative besteht zum Beispiel darin, dass die Steuereinheit die folgendermaßen gegebene Effizienz misst: η = VO/(N·VIN) wobei η die Effizienz, VO die gemessene Ausgangsspannung des Wandlers, VIN die gemessene Eingangspannung des Wandlers und N das Wandlungsverhältnis der Ladungspumpe sind.
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Die Steuereinheit misst direkt die Auswirkung, die die Wahl eines adiabatischen Ladens gegenüber nicht-adiabatischem Laden auf die Effizienz des Wandlers hat, indem der Mittelwert der Ausgangsspannung VO über einen vollen Ladungspumpenzyklus verglichen wird.
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Andere Steuerlogiken verwenden Kombinationen aus den vorstehend beschriebenen Ansätzen. Die Steuereinheit kann zum Beispiel bestätigen, dass die Bewertung des Betriebsmodus der Ladungspumpe und die Schätzung der Effizienz, durch eine Änderung des Ladungsmodus der Ladungspumpe erhöht werden.
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Ein hergebrachtes Verfahren, um Ladungspumpe 100 bei einer festen Frequenz arbeiten zu lassen, bei der das Schalten unabhängig von den Lastanforderungen erfolgt (d. h. die Schalter in 1 arbeiten in festen Zeitintervallen). Bezugnehmend auf 6 wird während eines Schaltzyklus der Ladungspumpe 100 ein Strom I1 vom Kondensator C1 und eine Strom IP von den den anderen Kondensatoren in der Ladungspumpe 100 entladen. Für einen bestimmten Zwischenstrom IX gilt, je länger die Taktzeit T, desto größer der Abfall der vom Kondensator C1 bereitgestellten Spannung. Daraus ergibt sich unter Anderem, dass die Schaltfrequenz im Allgemeinen den maximalen Zwischenstrom IX begrenzt, da die Schaltfrequenz für eine bestimmte Last das Ausmaß des Spannungsausschlags und in einigen Fällen des Stromausschlags (i. e. der Abweichung, Änderung) an verschiedenen Punkten und zwischen verschiedenen Punkten in der Ladungspumpe 100 und an ihren Anschlüssen bestimmt. Für eine bestimmte Bauart der Ladungspumpe 100 oder bestimmte Merkmale der Last und/oder Quelle der Ladungspumpe 100 bestehen von der Arbeitsweise bestimmte Grenzwerte für den Ausschlag.
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In 7A–C wird die Zwischenspannung VX der Ladungspumpe 100 in verschiedenen Strom- und Zeitbeispielen gezeigt. Bezugnehmend auf 7A folgt die Zwischenspannung VX bei einem bestimmten Zwischenstrom IX im Allgemeinen einer Zägezahnform, so dass sie zu Beginn eines jeden Zustands stark ansteigt und dann im Allgemeinen mit konstanter Geschwindigkeit fällt. Daraus folgt, dass die Geschwindigkeit des Spannungsabfalls vom Ausgangsstrom IO abhängt. Bei einem bestimmten Ausgangsstrom IO und einer bestimmten Schaltzeit ergibt sich eine Gesamtwelligkeitsspannung δ und ein Abstand über der Ausgangsspannung VO bleibt wie in 7 dargestellt bestehen. (Es sei angemerkt, dass die Graphen in 7A–B bestimmte Merkmale nicht unbedingt zeigen, einschließlich bestimmter Transienten, die beim Übergang zwischen Zuständen auftreten und mit der hohen Frequenz der Schaltvorgänge des Reglers 320 verbunden sind; diese Näherungen sind jedoch ausreichend für die folgende Diskussion.)
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Bezugnehmend auf 7B erhöht sich der Ausgangsstrom IO der Schaltung aus 4z. B. um ungefähr den Faktor zwei, die Welligkeit der Zwischenspannung VX nimmt zu und die minimale Zwischenspannung VMIN nimmt ab, wodurch bei einer konstanten Ausgangsspannung VO der Abstand (d. h. über Spule 316) im Regler 320 kleiner wird. Fällt der Spannungsabstand jedoch unter einen Schwellenwert (größer als Null), wird die Arbeit des Reglers 320 behindert.
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Bezugnehmend auf 7C kann, um für den Regler 320 eine ausreichende Spannungsabstandsspannung bereitzustellen, die Schaltfrequenz erhöht (und die Taktzeit verkürzt) werden, um zum Beispiel den in 7A gezeigten Abstand wieder herzustellen. Das Verdoppeln der Schaltfrequenz gleicht im Allgemeinen in diesem Beispiel die Verdoppelung des Ausgangsstroms IO aus. Bei einer noch allgemeineren Betrachtung ist jedoch eine derart direkte Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom IO oder anderen ermittelten Signalen und der Schaltfrequenz nicht notwendig.
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Allgemein passen eine Reihe von Ausführungsformen die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 an oder ermitteln anhand von Messungen in der Ladungspumpe 100 und optional in den mit den Anschlüssen der Ladungspumpe 100 verbundenen Niederspannungs- und/oder Hochspannungsperipherie-Elementen spezifische Schaltzeitfälle.
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In einer in 4 gezeigten Rückkopplungsanordnung passt die Steuereinheit 350 (z. B. in einer geregelten oder gesteuerten Anordnung) die Schaltfrequenz an. Bei Strömen bis zu einem maximalen Nennstrom mit einer festen Schaltfrequenz arbeitet die Ladungspumpe 100 im Allgemeinen bei einer Schaltfrequenz, die niedriger ist als (d. h. Schaltzeiten größer als) eine bestimmte minimale Frequenz, die durch diesen maximalen Nennstrom bestimmt wird. Ist der Strom geringer als der Maximalwert können kapazitive Verluste daher im Vergleich zu einer Arbeit der Ladungspumpe 100 bei der durch den maximalen Nennstrom bestimmten minimalen Schaltfrequenz reduziert werden.
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Ein Ansatz zur Implementierung dieser Arbeitsweise mit Rückkopplung besteht darin, die Zwischenspannung VX zu überwachen und den Betrieb der Ladungspumpe anzupassen, um VMIN über einem festen minimalen Schwellenwert zu halten. Eine Art, den Betrieb der Ladungspumpe 100 anzupassen, ist es, die Frequenz der Schaltvorgänge der Ladungspumpe 100 in einer Rückkopplungskonfiguration so anzupassen, dass in dem Maße wie sich die minimale Zwischenspannung VMIN an den Schwellenwert annähert, die Schaltfrequenz erhöht wird, und, wenn sie über den Schwellenwert steigt, die Schaltfrequenz verringert wird. Eine Art, die feste minimale Schwellenwertspannung festzulegen, ist es, die maximale (d. h. Nenn-)Ausgangsspannung VO des Reglers 320 plus einem minimalen gewünschten Abstand über dieser Spannung zu verwenden. Wie vorstehend erläutert, wird der minimale Abstand (größer als Null) benötigt, um eine ausreichende Spannungsdifferenz (VX – VO) zu ermöglichen, um die Spule 326 mit einer angemessenen Geschwindigkeit zu laden (d. h. ihren Strom zu erhöhen und damit in ihr Energie zu speichern). Der minimale Abstand spielt auch bei der Sicherstellung eines maximalen Tastverhältnisses des Reglers 320 eine Rolle.
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In einem zweiten Ansatz wird die gewünschte Ausgangsspannung VO des Reglers 320 angepasst. Zum Beispiel kann der Regler 320 eine maximale Ausgangsspannung VO, die 3,3 Volts entspricht, haben. Bei einem gewünschten minimalen Abstand von 0,7 Volt würden die Schaltvorgänge der Ladungspumpe 100 so gesteuert, das die Zwischenspannung VX über 4,0 Volt gehalten wird. Arbeitet der Wandler jedoch tatsächlich bei einer Ausgangsspannung VO von 1,2 Volt, kann die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 so weit verringert werden, dass die Zwischenspannung VX bis auf 1,9 Volt sinkt und der gewünschte Abstand von 0,7 Volt trotzdem gehalten wird.
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In einer Abwandlung des zweiten Ansatzes kann statt einer Überwachung der tatsächlichen Ausgangsspannung VO ein Mittelwert der Spannung zwischen den Schaltern 312, 314 als ein Schätzwert der Ausgangsspannung VO verwendet werden.
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In einer weiteren Abwandlung wird die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 angepasst, um die Zwischenspannung VX unter einem Schwellenwert zu halten. Zum Beispiel kann der Schwellenwert so gesetzt werden, dass die Zwischenspannung VX um einen bestimmten Prozentsatz über oder unter den Mittelwert der Zwischenspannung VX (z. B. 10 %) steigt oder sinkt. Dieser Schwellenwert würde der Zwischenspannung VX nachfolgen. In ähnlicher Weise kann eine zur absoluten Welligkeitsspannung (e. g. 100 mV) ins Verhältnis gesetzte Welligkeit verwendet werden, um die Schaltfrequenz zu bestimmen.
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Es ist außerdem zu beachten, dass die Spannungswelligkeit der Ausgangsspannung VO (nicht notwendigerweise linear) von der Spannungswelligkeit der Zwischenspannung VX abhängt und in einigen Beispielen die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 erhöht wird, um die Welligkeit der Ausgangsspannung VO auf einen gewünschten Wert zu reduzieren.
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In weiteren Beispielen werden die Änderungen der internen Spannungen der Ladungspumpe 100 gemessen, z. B. wird die Welligkeit (z. B. absolut oder relativ zum Maximal- oder Mittelwert) über einem der Kondensatoren C1 bis C4 gemessen. Diese Welligkeitswerte können statt der Welligkeit der Zwischenspannung VX zur Steuerung der Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 verwendet werden. Andere interne Spannungen und/oder Ströme, zum Beispiel Spannungen über Schaltern oder anderen Schaltungselementen (z. B. Transistorschaltern), können verwendet werden und die Schaltfrequenz kann angepasst werden, um zu vermeiden, dass die Nennspannung über den Schaltungselementen überschritten wird.
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Zusätzlich zu den gewünschten und/oder tatsächlichen Ausgangsspannungen oder -strömen des Reglers 320, die als ein Steuerungseingangssignal der Steuereinheit 350 bereitgestellt werden, die die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 anpasst, können andere Steuerungseingangssignal verwendet werden. Eine der Alternativen besteht darin, das Tastverhältnis des Reglers 320 zu messen. Es ist zu beachten, dass die Änderungen der Zwischenspannung VX die Änderungen des Stroms in der Spule des Buck-Wandlers 326 beeinflussen. Zum Beispiel wird der Mittelwert der Zwischenspannung VX im Allgemeinen abwärts gesenkt, wenn die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 verringert wird. Durch das Absenken der mittleren Ausgangsspannung VO steigt das Tastverhältnis des Reglers 320 im Allgemeinen auf die gewünschte Ausgangsspannung VO an. Durch ein Erhöhen des Tastverhältnisses wird im Allgemeinen die Effizienz des Buck-Wandlers erhöht. Ein Verringern der Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 kann daher die Effizienz des Reglers 320 erhöhen.
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Es versteht sich, dass, obwohl die verschiedenen Signale zur Steuerung der Schaltfrequenz vorstehend getrennt beschrieben wurden, die Schaltfrequenz gemäß einer Kombination mehrerer der Signale (z. B. eine lineare Kombination, nicht-lineare Kombination, die Maximum- und Minimumfunktionen verwendet, usw.) gesteuert werden kann. In einigen Beispiele wird eine Näherung der Effizienz der Ladungspumpe optimiert.
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Die vorstehende Diskussion konzentriert sich auf die Verwendung der Steuereinheit 350 zur Anpassung der Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 in einer relativ langsam skaligen Rückkopplungsanordnung. Die verschiedenen, voranstehend als Eingangssignale der Steuereinheit 350 beschriebenen Signale können in einem asynchronen Betriebsmodus verwendet werden, bei dem die Zeiten, zu denen die Ladungspumpe 100 zwischen Zyklen wechselt, gemäß den Messungen bestimmt werden. Als ein Beispiel fällt die Zwischenspannung VX während des in 6 dargestellten Zustands eins und wenn VX – VO einen Schwellenwert (z. B. 0,7 Volt) erreicht, werden die Schalter in der Ladungspumpe 100 gemeinsam vom Zustand eins in den Zustand zwei geschaltet. Nach dem Übergang in den Zustand zwei steigt die Zwischenspannung VX und fängt dann wieder an, zu sinken, und wenn VX – VO wieder den Schwellenwert erreicht, werden die Schalter in der Ladungspumpe 100 gemeinsam vom Zustand zwei zurück in den Zustand eins geschaltet.
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In einigen Beispielen wird eine Kombination sowohl aus asynchronen Schaltvorgängen als auch Grenzwerten oder einer Steuerung für die mittlere Schaltfrequenz für die Ladungspumpe verwendet.
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Leider sinkt auch die Schaltfrequenz der Ladungspumpe 100 in dem Maße wie der Zwischenstrom IX sinkt. Dies kann bei niedrigen Strömen problematisch sein, da die Frequenz unter 20 kHz fallen könnte, was der Hörgrenze des menschlichen Gehörs entspricht. Daher wird, sobald die Frequenz unter einen bestimmten Grenzwert gefallen ist, ein Schalter 344 geschlossen und ein Kompensationskondensator 342 zugeschaltet. Damit wird der Wandler zu einem nicht-adiabatischen Betrieb gezwungen, wodurch die Frequenz an eine untere Grenze (z. B. 20 kHz) gebunden werden kann. Daher wird der Kompensationskondensator 342 zugeschaltet, wenn entweder das Tastverhältnis niedrig ist oder wenn der Ausgangsstrom IO niedrig ist.
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Es ist zu beachten, dass die vorstehenden Beispiele sich auf eine Kompensationsschaltung konzentrieren, die es erlaubt, selektiv einen Kompensationskondensator mit einer bestimmten festen Kapazität am Ausgang der Ladungspumpe zuzuschalten. Allgemeiner betrachtet, kann eine große Bandbreite von Kompensationsschaltungen gesteuert werden. Ein Beispiel ist ein variabler Kondensator, der als geschaltete Kondensatorbatterie, zum Beispiel mit der Energie von zwei Kapazitäten, implementiert wird. Die optimale Wahl der Kapazität hängt im Allgemeinen von der Kombination der Betriebsbedingungen (z. B. mittlerer Strom, Impulsstrom-Tastverhältnis usw.) und/oder Schaltungskonfigurationen (z. B. Typ der Regler, Quellen, Last, Pumpenkondensatoren) ab, wobei die Festlegung der gewünschten Kapazität auf vorherigen Simulationen oder Messungen beruht oder auf einem Prozess beruht, der die Kapazität, zum Beispiel in einer Rückkopplungsanordnung, anpasst. Darüber hinaus können andere Formen von Kompensationsschaltungen verwendet werden, zum Beispiel mit auf den Ausgangspfad zugeschalteter Induktivität, mit zugeschalteten Elementen von Netzwerken (z. B. Kondensatoren, Spulen).
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Es ist zu beachten, dass die Beschreibung sich auf ein spezifisches Beispiel einer Ladungspumpe konzentriert. Viele andere Konfigurationen für Ladungspumpen, einschließlich von Dickson-Pumpen mit zusätzlichen Stufen oder parallelen Phasen und anderen Konfigurationen von Ladungspumpen (z. B. Reihen-Parallel-Ladungspumpen), können gemäß demselben Ansatz gesteuert werden. Außerdem sind die Peripherie-Elemente an den Hoch- und/oder Niederspannungsanschlüssen nicht notwendigerweise Regler und liefern nicht notwendigerweise im Wesentlichen konstanten Strom. Außerdem können die beschriebenen Ansätze auf Konfigurationen angewendet werden, bei denen eine Hochspannungsversorgung einer Niederspannungslast Energie bereitstellt oder bei denen eine Niederspannungsversorgung einer Hochspannungslast Energie bereitstellt, oder auf bidirektionale Konfigurationen, bei denen Energie in beide Richtungen zwischen den Hoch- und Niederspannungsanschlüssen der Ladungspumpe fließen kann. Es versteht sich außerdem, dass die Schaltelemente auf verschiedene Art implementiert werden können, einschließlich unter Verwendung von Feldeffekttransistoren (FET) oder Dioden, und dass die Kondensatoren in ein monolithisches Gerät mit Schaltelementen integriert sein können und/oder extern sein können, wobei diskrete Komponenten verwendet werden. In ähnlicher Weise kann in einigen Beispielen wenigsten ein Teil der Reglerschaltung in einen Teil der Ladungspumpe oder in die Ladungspumpe insgesamt in einer integrierten Vorrichtung integriert sein.
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Implementierungen der vorstehend beschriebenen Ansätze können in einer integrierten Schaltung integriert sein, die die Schalttransistoren der Ladungspumpe, entweder mit diskreten/chipexternen Kondensatoren oder mit integrierten Kondensatoren, enthält. In anderen Implementierungen können die Steuereinheit, die die Schaltfrequenz der Ladungspumpe bestimmt, und/oder die Kompensationsschaltung in einer anderen Vorrichtung als der Ladungspumpe implementiert sein. Die Steuereinheit kann eine für die Anwendung spezifische Verschaltung, einen programmierbaren Prozessor/Controller oder beides verwenden werden. Im programmierbaren Fall kann die Implementierung eine Software beinhalten, die auf einem physischen maschinenlesbaren Medium (e. g. ROM usw.) gespeichert ist und die Anweisungen für die Implementierung der vorstehend beschriebenen Steuerungsprozeduren umfasst.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung zur Erläuterung gedacht ist und den Geltungsbereich der Erfindung nicht einschränkt, der durch den Anwendungsbereich der nachfolgenden Ansprüche definiert wird. Andere Ausführungsformen fallen in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche.
