DE112019000866T5 - Verfahren und vorrichtung zum phasenstromausgleichen in einem mehrphasigen abwärtswandler mit konstanter einschaltzeit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum phasenstromausgleichen in einem mehrphasigen abwärtswandler mit konstanter einschaltzeit Download PDF

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Abstract

Ein mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen. Der Wandler schließt eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen zum Erfassen von Strom in einer jeweiligen Wandlerzelle ein, wobei jede der Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen, eine Mittelwertbildungsschaltung zum Empfangen jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale und zum Erzeugen eines Durchschnittssignals, eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen zum Vergleichen eines jeweiligen Stromerfassungssignals mit dem Durchschnittssignal und zum Erzeugen eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals, und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren zum Aktivieren einer Wandlerzelle für ein vorbestimmtes Zeitintervall und zum Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen S tromungleichgewichtssignals.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 19. Februar 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/632,230 , die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Wandler mit konstanter Einschaltzeit und im Besonderen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen eines Ausgangsstromausgleichs zwischen Phasen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei einem mehrphasigen DC/DC-Leistungswandler muss ein Ausgleich zwischen Strömen in allen Phasen berücksichtigt werden. Ein Ungleichgewicht im Ausgangsstrom zwischen den Phasen kann zu ungleichmäßiger Wärmeverteilung führen, was sich negativ auf Leistung, Wirkungsgrad und Größe des Leistungswandlers auswirkt. Es ist zu beachten, dass eine Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) mehrerer CCM-Leistungswandler (Continuous Conduction Mode), die dazu konfiguriert sind, sich eine gemeinsame Last zu teilen, nicht unbedingt eine gleichmäßige Verteilung des Ausgangsstroms zwischen diesen Wandlern erreicht. Bei dem Steuerverfahren sollte berücksichtigt werden, dass der Stromausgleich zwischen den Phasen erreicht werden muss.
  • Welligkeitsbasierte Wandler mit konstanter Einschaltzeit (Constant ON Time, COT) sind wegen ihres außergewöhnlich schnellen Ansprechens auf Lasttransienten, der Einfachheit der inhärenten Steuerung und der Stabilität beliebt. Zahlreiche Schemata wurden vorgeschlagen, um einen Ausgleich des Ausgangsstroms zwischen den Phasen zu erreichen, indem die Einschaltzeit einer Phase proportional zu der Abweichung ihres Stroms vom Durchschnitt aller Phasen geändert wird. 1 stellt ein Beispiel eines solchen COT-Wandlers nach dem Stand der Technik dar, wobei der Induktorstrom jeder von N Wandlerzellen 11, IL1 bis ILN , durch eine Stromerfassungsschaltung 101 überwacht und durch eine Ungleichgewicht-Detektorschaltung 105 mit einem Durchschnittsstrom aller N Phasen verglichen wird, der durch die Mittelwertbildungsschaltung 102 nach Durchlaufen von Tiefpassfiltern 103 abgeleitet wird. Die resultierende Ungleichgewichtsspannung, ΔVCS1 bis ΔVCSN, wird von einer Rampenschwellenspannung Vo(est) eines Einschaltzeitgenerators 107 an einem Summierungsknoten 106 subtrahiert. Die Schwellenspannung Vo(est) wird in der Regel proportional zu der tatsächlichen oder geschätzten Ausgangsspannung Vo erzeugt, und der Rampenstrom wird proportional zu der Eingangsspannung VIN des Leistungswandlers erzeugt, um eine Schaltperiode Ts unter allen Betriebsbedingungen konstant zu halten.
  • Ein weiteres Schema schließt ein Ändern des Signals TON in jeder einzelnen Phase proportional zu dem Ungleichgewichtssignal ein.
  • Aufgrund der Anwesenheit einer signifikanten Schaltwelligkeitskomponente in dem Induktorstrom sind Tiefpassfilter 103 erforderlich, um einen Stromausgleich zu erreichen. Diese Filter beeinflussen die Dynamik der Stromausgleichsschleife und verschlechtern daher die Lasttransientenantwort.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird ein mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms auf eine Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen bereitgestellt. Der Wandler schließt eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen ein, von denen jede dazu konfiguriert ist, den Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen zu messen, wobei jede der Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen; eine Mittelwertbildungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale zu empfangen und ein Durchschnittssignal zu erzeugen, eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein jeweiliges Stromerfassungssignal mit dem Durchschnittssignal zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren, die jeweils dazu konfiguriert sind, eine jeweilige der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu aktivieren und das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu ändern.
  • In einer Ausführungsform dieses Gesichtspunkts schließt jeder der Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren eine Quelle für einen vorbestimmten Strom, einen Zeitgeberkondensator, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu integrieren und eine Rampenspannung zu erzeugen, ein; und einen Komparator zum Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet. In einer anderen Ausführungsform ist der vorbestimmte Strom im Wesentlichen proportional zu der Eingangsspannung. In einer anderen Ausführungsform ist die Schwelle im Wesentlichen proportional zu der Ausgangsspannung.
  • In einer anderen Ausführungsform schließt der Wandler ferner eine Vielzahl von Transkonduktorschaltungen ein, wobei jede der Vielzahl von Transkonduktorschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln. In einer anderen Ausführungsform schließt der Wandler ferner eine Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen ein, wobei jede der Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, wobei ein jeweiliger der Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals ändert.
  • In einer anderen Ausführungsform schließt der Wandler ferner eine Vielzahl von Multiplierschaltungen ein, wobei jede der Vielzahl von Multiplierschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einer Einschaltdauer einer jeweiligen der Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, wobei ein jeweiliger der Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals ändert. In einer anderen Ausführungsform schließt jede der Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen eine entsprechende Transkonduktorschaltung ein, wobei jede entsprechende Transkonduktorschaltung dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Offenbarung wird in einem mehrphasigen DC-zu-DC-Abwärtswandler ein Verfahren zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen bereitgestellt. Das Verfahren schließt ein Erfassen von Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen und ein Erzeugen eines jeweiligen Stromerfassungssignals, ein Empfangen jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale und ein Erzeugen eines Durchschnittssignals, ein Vergleichen eines jeweiligen Stromerfassungssignals mit dem Durchschnittssignal und ein Erzeugen eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals und ein Aktivieren einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall und ein Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals ein In einer Ausführungsform dieses Gesichtspunkts schließt das Verfahren ferner ein Integrieren einer Summe eines vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals und ein Erzeugen einer Rampenspannung und ein Beendigen des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls ein, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet. In einer anderen Ausführungsform ist der vorbestimmte Strom im Wesentlichen proportional zu der Eingangsspannung. In einer anderen Ausführungsform ist die Schwelle im Wesentlichen proportional zu der Ausgangsspannung.
  • In einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren ferner ein Umwandeln eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals in Strom ein. In einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren ferner ein Multiplizieren eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung, ein Erzeugen eines normierten Stromungleichgewichtssignals und ein Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals ein.
  • In einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren ferner ein Multiplizieren eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals mit einer Einschaltdauer einer jeweiligen der Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen, ein Erzeugen eines normierten Stromungleichgewichtssignals und ein Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals ein.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird ein mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen bereitgestellt. Der Wandler schließt eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen ein, von denen jede dazu konfiguriert ist, einen Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen zu erfassen, wobei jede der Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen, eine Mittelwertbildungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale zu empfangen und ein Durchschnittssignal zu erzeugen, eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen, von denen jede dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal mit dem Durchschnittssignal zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, eine Vielzahl von Transkonduktorschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Transkonduktorschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln, eine Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen, wobei jede der Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren, von denen jeder dazu konfiguriert ist, eine jeweilige der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu aktivieren und das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals zu ändern. Jeder der Einschaltzeitgeneratoren schließt eine Quelle für einen vorbestimmten Strom, einen Zeitgeberkondensator, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu integrieren und eine Rampenspannung zu erzeugen, und einen Komparator zum Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet, ein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen bereitgestellt. Der Wandler schließt eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen ein, von denen jede dazu konfiguriert ist, einen Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen zu erfassen, wobei jede der Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen, eine Mittelwertbildungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale zu empfangen und ein Durchschnittssignal zu erzeugen, eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen, von denen jede dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal mit dem Durchschnittssignal zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, eine Vielzahl von Transkonduktorschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Transkonduktorschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln, eine Vielzahl von Multiplierschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Multiplierschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einer Einschaltdauer einer jeweiligen der Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren, von denen jeder dazu konfiguriert ist, eine jeweilige der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu aktivieren und das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals zu ändern. Jeder der Einschaltzeitgeneratoren schließt eine Quelle für einen vorbestimmten Strom, einen Zeitgeberkondensator, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu integrieren und eine Rampenspannung zu erzeugen, und einen Komparator zum Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet, ein.
  • Figurenliste
  • Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen und der damit verbundenen Vorteile und Merkmale wird durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung leichter verständlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
    • 1 ein Schaltplan eines mehrphasigen DC-zu-DC-Abwärtswandlers nach dem Stand der Technik ist;
    • 2 ein Schaltplan eines mehrphasigen DC-zu-DC-Abwärtswandlers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 3 eine COT-Steuerung der vorliegenden Offenbarung ist, die eine Multiplier-Teiler-Schaltung umfasst, die dazu konfiguriert ist, die Stromausgleichsschleifenverstärkung des mehrphasigen Abwärtswandlers zu normalisieren;
    • 4 eine alternative Ausführungsform der Multiplier-Teiler-Schaltung der vorliegenden Offenbarung ist, die dazu konfiguriert ist, die Stromausgleichsschleifenverstärkung des mehrphasigen Abwärtswandlers zu normalisieren; und
    • 5 noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, worin eine Multiplierschaltung dazu konfiguriert ist, die Stromausgleichsschleifenverstärkung des mehrphasigen Abwärtswandlers zu normalisieren.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des mehrphasigen DC-zu-DC-COT-Abwärtswandlers der vorliegenden Offenbarung. Der Abwärtswandler von 2 ist dazu konfiguriert, eine Eingangsspannung VlN zu empfangen und eine Ausgangsspannung Vo an eine Last 12 abzugeben, indem der Laststrom zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen 11 aufgeteilt wird. In dieser Ausführungsform schließt der Abwärtswandler eine mehrphasige COT-Steuerung 10 ein. Die COT-Steuerung 10 schließt Stromerfassungsschaltungen 101 ein, von denen jede den Induktorstrom jeder der N Wandlerzellen 11, IL1 bis ILN überwacht. Jede der Stromerfassungsschaltungen 101 ist dazu konfiguriert, ein jeweiliges Stromerfassungssignal, VCS1 bis VCSN, zu erzeugen. Die COT-Steuerung 10 schließt ferner eine Mittelwertbildungsschaltung 102 ein, die dazu konfiguriert ist, die Stromerfassungssignale VCS1 bis VCSN zu empfangen und ein Durchschnittssignal VCS(AV) zu erzeugen. Die COT-Steuerung 10 schließt ferner
  • Stromungleichgewichtsdetektorschaltungen 105 ein, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein jeweiliges Stromerfassungssignal VCS1 bis VCSN mit dem Durchschnittssignal VCS(AV) zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal ΔVCS1 bis ΔVCSN zu erzeugen.
  • Die COT-Steuerung 10 schließt auch Einschaltzeitgeneratoren 107 ein, die jeweils dazu konfiguriert sind, eine jeweilige der Wandlerzellen 11 für eine feste Einschaltzeit zu aktivieren und die feste Einschaltzeit gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals ΔVCS1 bis ΔVCSN zu ändern. In einer Ausführungsform schließt jeder der Einschaltzeitgeneratoren 107 eine Quelle für einen festen Strom, einen Zeitgeberkondensator CT, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des festen Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals ΔVCS1 bis ΔVCSN zu integrieren und eine PWM-Rampenspannung zu erzeugen, und einen Komparator 109 zum Beenden der geänderten festen Einschaltzeit, wenn die Rampenspannung eine gegebene Schwellenspannung, z.B. VO(est), überschreitet, ein. In einer Ausführungsform ist der feste Strom im Wesentlichen proportional zu der Eingangsspannung VIN. In einer anderen Ausführungsform ist die Schwelle im Wesentlichen proportional zu der Ausgangsspannung VO.
  • In einer Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, wird als eine Verbesserung des COT-Wandlers nach dem Stand der Technik von 1 das Stromungleichgewichtssignal ΔVCS1 bis ΔVCSN unter Verwendung von Transkonduktorschaltungen 108 in Strom Ierr1 bis IerrN umgewandelt und mit dem festen Strom des Einschaltzeitgenerators 107 an seinem Zeitgeberkondensator CT summiert. Vorteilhafterweise negiert die Integration des Stroms Ierr1 bis IerrN die Wirkung der Welligkeitsstromkomponente, und die in dem Wandler nach dem Stand der Technik von 1 gezeigten Filter 103 können eliminiert werden, was zu einer verbesserten Lasttransientenantwort führt.
  • Das Stromungleichgewichtssignal, ΔVCS1 bis ΔVCSN, wird an dem Kondensator CT nicht über den gesamten Schaltzyklus integriert, sondern nur über das Einschaltzeitintervall. Daher kann es, in einer Ausführungsform, für die Stromausgleichsschleife des in 2 gezeigten Wandlers erforderlich sein, die Schleifenverstärkung in Bezug auf VIN und VO zu normieren.
  • 3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer COT-Steuerung 10 der vorliegenden Offenbarung gemäß diesem Erfordernis. Die in 3 gezeigte COT-Steuerung 10 schließt zusätzlich eine Multiplier-Teiler-Schaltung 100 ein, welche die Stromausgleichsschleifenverstärkung des mehrphasigen DC-DC-COT-Abwärtswandlers normiert. Die resultierende Verstärkung der Stromausgleichsschleife ist invariant in Bezug auf VIN und VO.
  • Somit kann in dieser Ausführungsform die COT-Steuerung 10 der vorliegenden Offenbarung Multiplier-Teiler-Schaltungen 100 einschließen, wobei jede der Multiplier-Teiler-Schaltungen 100 dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal, d. h. ΔVCS1 bis ΔVCSN, mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen. Somit ändert jeder der Einschaltzeitgeneratoren 107 die feste Einschaltzeit gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals.
  • In 4 ist eine alternative Ausführungsform der Multiplier-Teiler-Schaltung 100 von 3 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform werden die Multiplier-Teiler-Schaltung 100 und der Transkonduktor 108 zu einem Element, d. h. einem Transkonduktor 110 mit variabler Verstärkung, kombiniert.
  • In 5, in einer anderen Ausführungsform, ist eine Multiplierschaltung 120 dazu konfiguriert, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einer Einschaltdauer d einer jeweiligen DC-zu-DC-Abwärtswandlerzelle 11 zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen. Somit ändert jeder Einschaltzeitgenerator 107 das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals, wie es von der Multiplierschaltung 120 erzeugt wird. Wie in der in 4 gezeigten Ausführungsform in Bezug auf die Multiplier-Teiler-Schaltung 110 ist die Multiplierschaltung 120 ein Transkonduktor mit variabler Verstärkung.
  • Es sind hierin viele verschiedene Ausführungsformen in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung und den Zeichnungen offenbart worden. Es versteht sich, dass es unangemessen repetitiv wäre, jede Kombination und Unterkombination dieser Ausführungsformen wörtlich zu beschreiben und zu veranschaulichen. Dementsprechend können alle Ausführungsformen auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden, und die vorliegende Patentschrift, einschließlich der Zeichnungen, soll so ausgelegt werden, dass sie eine vollständige schriftliche Beschreibung aller Kombinationen und Unterkombinationen der hierin beschriebenen Ausführungsformen sowie der Art und Weise und des Prozesses ihrer Herstellung und Verwendung darstellt, und soll die Ansprüche auf eine solche Kombination oder Unterkombination unterstützen.
  • Es versteht sich für den Fachmann, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen nicht auf das beschränkt sind, was hierin vorstehend besonders gezeigt und beschrieben wurde. Darüber hinaus ist zu beachten, dass, sofern vorstehend nicht das Gegenteil erwähnt wurde, alle begleitenden Zeichnungen nicht maßstabsgerecht sind. Im Lichte der vorstehenden Lehren sind eine Vielzahl von Modifikationen und Variationen möglich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62632230 [0001]

Claims (17)

  1. Mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen, wobei der Wandler umfasst: eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen, von denen jede dazu konfiguriert ist, einen Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen zu erfassen, wobei jede der Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen; eine Mittelwertbildungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale zu empfangen und ein Durchschnittssignal zu erzeugen; eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein jeweiliges Stromerfassungssignal mit dem Durchschnittssignal zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren, von denen jeder dazu konfiguriert ist, eine jeweilige der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu aktivieren und das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu ändern.
  2. Wandler nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren umfasst: eine Quelle eines vorbestimmten Stroms; einen Zeitgeberkondensator, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu integrieren und eine Rampenspannung zu erzeugen; und einen Komparator zum Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet.
  3. Wandler nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Strom im Wesentlichen proportional zu der Eingangsspannung ist.
  4. Wandler nach Anspruch 2, wobei die Schwelle im Wesentlichen proportional zu der Ausgangsspannung ist.
  5. Wandler nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Vielzahl von Transkonduktorschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Transkonduktorschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln.
  6. Wandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen, wobei jede der Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, wobei ein jeweiliger der Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals ändert.
  7. Wandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Vielzahl von Multiplierschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Multiplierschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einer Einschaltdauer einer jeweiligen der Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen, wobei ein jeweiliger der Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals ändert.
  8. Wandler nach Anspruch 6, wobei jede der Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen eine entsprechende Transkonduktorschaltung einschließt, wobei jede entsprechende Transkonduktorschaltung dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln.
  9. Verfahren in einem mehrphasigen DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen von Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen und Erzeugen eines jeweiligen Stromerfassungssignals; Empfangen jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale und Erzeugen eines Durchschnittssignals; Vergleichen eines jeweiligen Stromerfassungssignals mit dem Durchschnittssignal und Erzeugen eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals; und Aktivieren einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall und Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Integrieren einer Summe aus einem vorbestimmten Strom und einem jeweiligen Stromungleichgewichtssignal und Erzeugen einer Rampenspannung; und Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der vorbestimmte Strom im Wesentlichen proportional zu der Eingangsspannung ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schwelle im Wesentlichen proportional zu der Ausgangsspannung ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Umwandeln eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals in Strom.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Multiplizieren eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung, um ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; und Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals.
  15. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Multiplizieren eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals mit einer Einschaltdauer einer jeweiligen der Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen, um ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; und Ändern des vorbestimmten Zeitintervalls gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals.
  16. Mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen, wobei der Wandler umfasst: eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen, von denen jede dazu konfiguriert ist, einen Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen zu erfassen, wobei jede der Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen; eine Mittelwertbildungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale zu empfangen und ein Durchschnittssignal zu erzeugen; eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein jeweiliges Stromerfassungssignal mit dem Durchschnittssignal zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; eine Vielzahl von Transkonduktorschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Transkonduktorschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln; eine Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen, wobei jede der Vielzahl von Multiplier-Teiler-Schaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einem Verhältnis der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren, von denen jeder dazu konfiguriert ist, eine jeweilige der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu aktivieren und das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals zu ändern; wobei jeder der Einschaltzeitgeneratoren umfasst: eine Quelle eines vorbestimmten Stroms; einen Zeitgeberkondensator, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu integrieren und eine Rampenspannung zu erzeugen; und einen Komparator zum Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet.
  17. Mehrphasiger DC-zu-DC-Abwärtswandler zum Empfangen einer Eingangsspannung und zum Abgeben einer Ausgangsspannung an eine Last durch Aufteilen des Laststroms zwischen einer Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen, wobei der Wandler umfasst: eine Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen, von denen jede dazu konfiguriert ist, einen Strom in einer jeweiligen der Vielzahl von Wandlerzellen zu erfassen, wobei jede der Vielzahl von Stromerfassungsschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromerfassungssignal zu erzeugen; eine Mittelwertbildungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, jedes der jeweiligen Stromerfassungssignale zu empfangen und ein Durchschnittssignal zu erzeugen; eine Vielzahl von Ungleichgewichtsdetektorschaltungen, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein jeweiliges Stromerfassungssignal mit dem Durchschnittssignal zu vergleichen und ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; eine Vielzahl von Transkonduktorschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Transkonduktorschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal in Strom umzuwandeln; eine Vielzahl von Multiplierschaltungen, wobei jede der Vielzahl von Multiplierschaltungen dazu konfiguriert ist, ein jeweiliges Stromungleichgewichtssignal mit einer Einschaltdauer einer jeweiligen der Vielzahl von DC-zu-DC-Abwärtswandlerzellen zu multiplizieren und ein normiertes Stromungleichgewichtssignal zu erzeugen; und eine Vielzahl von Einschaltzeitgeneratoren, von denen jeder dazu konfiguriert ist, eine jeweilige der Vielzahl von Wandlerzellen für ein vorbestimmtes Zeitintervall zu aktivieren und das vorbestimmte Zeitintervall gemäß einem Zeitintegral eines jeweiligen normierten Stromungleichgewichtssignals zu ändern; wobei jeder der Einschaltzeitgeneratoren umfasst: eine Quelle eines vorbestimmten Stroms; einen Zeitgeberkondensator, der dazu konfiguriert ist, eine Summe des vorbestimmten Stroms und eines jeweiligen Stromungleichgewichtssignals zu integrieren und eine Rampenspannung zu erzeugen; und einen Komparator zum Beenden des geänderten vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die Rampenspannung eine Schwelle überschreitet.
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