DE112020003962T5 - Gate-Treiber für n-Kanal-Feldeffekttransistor (NFET) mit gesteuerter Gate-Source-Spannung - Google Patents

Gate-Treiber für n-Kanal-Feldeffekttransistor (NFET) mit gesteuerter Gate-Source-Spannung Download PDF

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Abstract

Es wird das Steuern der Gate-Source-Spannung mit einem Gate-Treiber in einem sekundärseitigen Controller in einem sekundärgesteuerten Umsetzer beschrieben. In einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung einen Versorger-Feldeffekttransistor (Versorger-FET), der an einen Transformator gekoppelt ist, und den sekundärseitigen Controller, der an den Transformator gekoppelt ist. Der Gate-Treiber ist in den sekundärseitigen Controller integriert und konfiguriert, die Gate-Source-Spannung und die Anstiegsgeschwindigkeit des sekundärseitigen FET zu steuern.

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der nicht vorläufigen US-Anmeldung Nr. 16/572.210 , eingereicht am 16. September 2019, die den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/890.400 , eingereicht am 22. Aug. 2019, beansprucht, deren Inhalte hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
  • HINTERGRUND
  • Verschiedene elektronische Vorrichtungen (z.B. Smartphones, Tablets, Notebook-Computer, Laptop-Computer, Hubs, Ladegeräte, Adapter usw.) sind konfiguriert, Leistung durch Verbinder des universellen seriellen Busses (USB) gemäß den USB-Leistungszufuhrprotokollen zu übertragen, die in verschiedenen Revisionen der USB-Leistungszufuhr-Spezifikation (USB-PD-Spezifikation) definiert sind. In einigen Anwendungen kann z.B. eine elektronische Vorrichtung als ein Leistungsverbraucher konfiguriert sein, um durch einen USB-Verbinder Leistung (z.B. zum Laden von Akkumulatoren) zu empfangen, während in anderen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als ein Leistungsversorger konfiguriert sein kann, um einer weiteren Vorrichtung, die durch einen USB-Verbinder mit ihr verbunden ist, Leistung bereitzustellen. Die USB-PD-Spezifikation ermöglicht es jedoch den Leistungsversorgern und Leistungsverbrauchern, die Pegel der bereitgestellten Spannungen und Ströme dynamisch auszuhandeln. Unter bestimmten Leistungszufuhrbedingungen können Störungsbedingungen bei den vom Leistungsversorger bereitgestellten Spannungen/Strömen auftreten, ebenso wie andere Störungsbedingungen bei den durch den Leistungsverbraucher empfangenen bereitgestellten Spannungen/Strömen auftreten können.
  • Figurenliste
  • Die Offenbarung ist beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.
  • Es zeigen:
    • 1 ist ein Blockschaltplan eines sekundärgesteuerten Sperrumsetzers mit einem Gate-Treiber mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 ist ein Blockschaltplan eines sekundären Gate-Treibers, der in einen sekundärseitigen Controller in einem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer gemäß einer Ausführungsform integriert ist.
    • 3 ist eine schematische graphische Darstellung einer Gate-Source-Spannungsklemmschaltung eines sekundären Gate-Treibers gemäß einer Ausführungsform.
    • 4A ist eine schematische graphische Darstellung eines USB-PD-Leistungsadapters mit einem sekundären Gate-Treiber (z.B. N-Gate-Steuertreiber oder N-Gate-Treiber) mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit, der in einen sekundärseitigen Controller (der außerdem als ein sekundärer IC-Controller des Leistungsadapters bezeichnet wird) integriert ist, in einer Ausführungsform.
    • 4B ist eine schematische graphische Darstellung eines USB-PD-Leistungsadapters mit einem sekundären Gate-Treiber (z.B. N-Gate-Steuertreiber oder N-Gate-Treiber), der in einen sekundärseitigen Controller (der außerdem als ein sekundärer IC-Controller des Leistungsadapters bezeichnet wird) integriert ist, um Leistung von einer Leistungsversorgervorrichtung einer angeschlossenen Verbrauchervorrichtung zuzuführen, gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist ein Blockschaltplan, der ein System für eine USB-Vorrichtung zur Verwendung bei der USB-Leistungszufuhr in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
    • 6 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Steuern einer Gate-Source-Klemmenspannung eines Versorger-FET und zum Steuern einer Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
    • 7 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Steuern einer Gate-Source-Klemmenspannung eines Versorger-FET und zum Steuern einer Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET gemäß einer Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Einzelheiten dar, wie z.B. Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren usw., um ein gutes Verständnis verschiedener Ausführungsformen der hier beschriebenen Techniken zum Steuern einer Gate-Source-Spannung eines N-Kanal-Feldeffekttransistor-Gates (NFET-Gates) unter Verwendung eines programmierbaren NFET-Gate-Treibers, der in einen sekundären Controller in einem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer integriert ist, wie er z.B. in USB-Leistungszufuhranwendungen verwendet wird, bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Gate-Source-Spannung eines P-Kanal-FET-Gates (PFET-Gates) unter Verwendung eines in den sekundären Controller integrierten PFET-Gate-Treibers gesteuert sein. Es ist jedoch für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass wenigstens einige Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Komponenten, Elemente oder Verfahren nicht ausführlich beschrieben oder sind in einem Format eines einfachen Blockschaltplans dargestellt, um das unnötige Verbergen der hier beschriebenen Techniken zu vermeiden. Folglich sind die im Folgenden dargelegten spezifischen Einzelheiten lediglich beispielhaft. Spezielle Implementierungen können von diesen ausführlichen Beispielen abweichen, wobei dennoch beabsichtig ist, dass sie sich innerhalb des Erfindungsgedankens und des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung befinden.
  • Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „eine einzige Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur, ein spezieller Schritt, eine spezielle Operation oder eine spezielle Eigenschaft, die in Verbindung mit der (den) Ausführungsform(en) beschrieben werden, in wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten sind. Ferner beziehen sich die Vorkommen der Redewendungen „eine Ausführungsform“, „eine einzige Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ an verschiedenen Stellen der Beschreibung nicht notwendigerweise alle auf dieselbe(n) Ausführungsform(en).
  • Die Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen Veranschaulichungen in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen, die hier außerdem als „Beispiele“ bezeichnet sein können, sind ausführlich genug beschrieben, um es den Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstandes zu praktizieren. Die Ausführungsformen können kombiniert werden, es können andere Ausführungsformen verwendet werden oder es können strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und Erfindungsgedanken des beanspruchten Gegenstandes abzuweichen. Es sollte erkannt werden, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht vorgesehen sind, um den Schutzumfang des Gegenstandes einzuschränken, sondern stattdessen, um es zu ermöglichen, dass ein Fachmann auf dem Gebiet den Gegenstand praktiziert, herstellt und/oder verwendet.
  • Hierin werden verschiedene Ausführungsformen von Techniken zum Steuern einer Gate-Source-Spannung eines NFET-Gates (z.B. eines Versorger-FET-Gates) unter Verwendung eines programmierbaren NFET-Gate-Treibers (z.B. eines sekundären Gate-Treibers) beschrieben, der in einem sekundärseitigen Controller in einem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer integriert ist, der an die Leistungsleitungen in elektronischen Vorrichtungen bei der USB-PD gekoppelt ist. Die Beispiele derartiger elektronischer Vorrichtungen enthalten ohne Einschränkung Personalcomputer (z.B. Laptop-Computer, Notebook-Computer usw.), mobile Rechenvorrichtungen (z.B. Tablets, Tablet-Computer, E-Reader-Vorrichtungen usw.), mobile Kommunikationsvorrichtungen (z.B. Smartphones, Mobiltelephone, persönliche digitale Assistenten, Nachrichtenübermittlungs-Vorrichtungen, Pocket-PCs usw.), Verbindbarkeits- und Ladevorrichtungen (wie z.B. Hubs, Docking-Stationen, Adapter, Ladegeräte usw.), Audio-/Video-/Datenaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtungen (z.B. Kameras, Sprachrekorder, Handscanner, Monitore usw.) und andere ähnliche elektronische Vorrichtungen, die USB-Verbinder (Schnittstellen) für die Kommunikation, das Laden von Akkumulatoren und/oder die Leistungszufuhr verwenden können. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können für AC-zu-DC-USB-Typ-C-Leistungsadapter mit einem Versorger-FET (z.B. einem Durchgangs-Gate-FET, einem NFET-Schalter), Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Leistungsadapter (AC-DC-Leistungsadapter), Typ-C/PD-Produkte unter Verwendung eines Versorger-FET für einen Versorger- oder Verbraucherweg, Leistungsadapterlösungen zusammen mit Typ-C-PD-Fähigkeit und USB-Typ-C-konforme DC-DC-Leistungsversorger und/oder Lieferanten mit Versorger-FET verwendet werden. Diese Ausführungsformen können die Zuverlässigkeit verbessern, während sie weniger Platinenkomponenten aufweisen, die Gesamtkosten des Systems durch das Verringern der Gesamtstückliste (Gesamt-BOM) verringern und die Größe der Controller-Platine weiter verringern. Ein funktionsreicher USB-C-NFET-Gate-Treiber mit programmierbarer Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung kann es einem Kunden ermöglichen, seinen Systementwurf zu verbessern.
  • Eine USB-fähige elektronische Vorrichtung oder ein System kann wenigstens einer Version der USB-Spezifikation entsprechen. Die Beispiele für derartige USB-Spezifikationen enthalten ohne Einschränkung die USB-Spezifikation Revision 2.0, die USB-3.0-Spezifikation, die USB-3.1-Spezifikation und/oder verschiedene Ergänzungen (z.B. wie On-The-Go oder OTG), Versionen und Fehlerverzeichnisse davon. Die USB-Spezifikationen definieren im Allgemeinen die Eigenschaften (z.B. die Attribute, eine Protokolldefinition, die Typen von Transaktionen, ein Busmanagement, die Programmierschnittstellen usw.) eines differentiellen seriellen Busses, die erforderlich sind, um Standardkommunikationssysteme und Peripheriegeräte zu entwerfen und zu errichten. Eine USB-fähige Peripherievorrichtung ist z.B. an eine USB-fähige Host-Vorrichtung durch einen USB-Anschluss der Host-Vorrichtung angeschlossen, um ein USB-fähiges System zu bilden. Ein USB-2.0-Anschluss enthält eine 5-V-Leistungsspannungsleitung (die als VBUS bezeichnet wird), ein differentielles Paar von Datenleitungen (die als D+ oder DP und D- oder DN bezeichnet werden) und eine Erdungsleitung für die Leistungsrückführung (die als GND bezeichnet wird). Ein USB-3.0-Anschluss stellt außerdem die VBUS-, D+-, D- und GND-Leitungen für die Abwärtskompatibilität mit dem USB-2.0 bereit. Zusätzlich stellt ein USB-3.0-Anschluss außerdem ein differentielles Paar von Senderdatenleitungen (die als SSTX+ und SSTX- bezeichnet werden), ein differentielles Paar von Empfängerdatenleitungen (die als SSRX+ und SSRX- bezeichnet werden), eine Leistungsleitung für die Leistung (die als DPWR bezeichnet wird) und eine Masseleitung für die Leistungsrückleitung (die als DGND bezeichnet wird) bereit, um einen schnelleren differentiellen Bus (den USB-SuperSpeed-Bus) zu unterstützen. Ein USB-3.1-Anschluss stellt die gleichen Leitungen wie ein USB-3.0-Anschluss für die Abwärtskompatibilität mit den USB-2.0- und USB-3.0-Kommunikationen bereit, erweitert aber die Leistung des SuperSpeed-Busses durch eine Sammlung von Merkmalen, die als erweiterte SuperSpeed bezeichnet werden.
  • Eine neuere Technik für USB-Verbinder, genannt USB-Typ-C, ist in verschiedenen Freigaben und/oder Versionen der USB-Typ-C-Spezifikation definiert (z.B. wie Freigabe 1.0 vom 11. August 2014, Freigabe 1.1 vom 3. April 2015, usw.). Die USB-Typ-C-Spezifikation definiert eine Typ-C-Buchse, einen Typ-C-Stecker und Typ-C-Kabel, die sowohl USB-Kommunikationen als auch die Leistungszufuhr über neuere USB-Leistungszufuhrprotokolle unterstützen können, die in verschiedenen Revisionen/Versionen der USB-PD-Spezifikation definiert sind. Die Beispiele für die USB-Typ-C-Funktionen und -Anforderungen können ohne Einschränkung Daten- und andere Kommunikationen gemäß USB-2.0 und USB-3.0/3.1, elektromechanische Definitionen und Leistungsanforderungen für Typ-C-Kabel, elektromechanische Definitionen und Leistungsanforderungen für Typ-C-Buchsen, elektromechanische Definitionen und Leistungsanforderungen für Typ-C-Stecker, Anforderungen an Typ-C-zu-Alt-Kabelanordnungen und -Adapter, Anforderungen an die Typ-C-basierte Vorrichtungsdetektion und Schnittstellenkonfiguration, Anforderungen an eine optimierte Leistungszufuhr für Typ-C-Verbinder usw. enthalten. Gemäß der (den) USB-Typ-C-Spezifikation(en) stellt ein Typ-C Anschluss unter anderem VBUS, D+, D-, GND, SSTX+, SSTX-, SSRX+ und SSRX--Leitungen bereit. Zusätzlich stellt ein Typ-C-Anschluss außerdem eine Seitenbandverwendungs-Leitung (die als SBU-Leitung bezeichnet wird) zum Signalisieren einer Seitenbandfunktionalität und eine Konfigurationskanal-Leitung (die als CC-Leitung bezeichnet wird) zur Entdeckung, zur Konfiguration und zum Management von Verbindungen über ein Typ-C-Kabel bereit. Ein Typ-C-Anschluss kann einem Typ-C-Stecker und/oder einer Typ-C-Buchse zugeordnet sein. Zur einfachen Verwendung sind der Typ-C-Stecker und die Typ-C-Buchse als reversibles Paar entworfen, das unabhängig von der Stecker-zur-Buchse-Orientierung arbeitet. Folglich stellt ein Standard-USB-Typ-C-Verbinder, der als ein Standard-Typ-C-Stecker oder eine Standard-Typ-C-Buchse angeordnet ist, Kontaktstifte für unter anderem vier VBUS-Leitungen, vier Masse-Rückleitungen (GND), zwei D+-Leitungen (DP1 und DP2), zwei D--Leitungen (DN1 und DN2), zwei SSTX+-Leitungen (SSTXP1 und SSTXP2), zwei SSTX--Leitungen (SSTXN1 und SSTXN2), zwei SSRX+-Leitungen (SSRXP1 und SSRXP2), zwei SSRX--Leitungen (SSRXN1 und SSRXN2), zwei CC-Leitungen (CC1 und CC2) und zwei SBU-Leitungen (SBU1 und SBU2) bereit.
  • Einige USB-fähige elektronische Vorrichtungen können mit einer spezifischen Revision und/oder Version der USB-PD-Spezifikation konform sein (wie z.B. der Revision 1.0, freigeben am 5. Juli 2012, der Revision 2.0, freigeben am 11. August 2014, usw. oder spätere Revisionen/Versionen davon). Die USB-PD-Spezifikation definiert ein Standardprotokoll, das entworfen wurde, um durch das Bereitstellen einer flexibleren Leistungszufuhr zusammen mit den Datenkommunikationen über ein einziges USB-Typ-C-Kabel durch USB-Typ-C-Anschlüsse die maximale Funktionalität von USB-fähigen Vorrichtungen zu ermöglichen. Die USB-PD-Spezifikation beschreibt außerdem die Architektur, die Protokolle, das Leistungsversorgungsverhalten, die Parameter und die Verkabelung, die zum Managen der Leistungszufuhr über USB-Typ-C-Kabel mit bis zu 100 W Leistung erforderlich sind. Gemäß der USB-PD-Spezifikation können Vorrichtungen mit USB-Typ-C-Anschlüssen (z.B. USB-fähige Vorrichtungen) über ein USB-Typ-C-Kabel über mehr Strom und/oder höhere oder tiefere Spannungen verhandeln, als in älteren USB-Spezifikationen (z.B. wie z.B. der USB-2.0-Spezifikation, der USB-3.1-Spezifikation, der USB-Batterieladespezifikation Rev. 1.1/1.2 usw.) erlaubt sind. Die USB-PD-Spezifikation definiert z.B. die Anforderungen an einen Leistungszufuhrvertrag (PD-Vertrag), der zwischen einem Paar von USB-fähigen Vorrichtungen ausgehandelt werden kann. Der PD-Vertrag kann sowohl den Leistungspegel als auch die Richtung der Leistungsübertragung spezifizieren, die durch beide Vorrichtungen ermöglicht werden können, und kann auf Anforderung durch eine der beiden Vorrichtungen und/oder in Reaktion auf verschiedene Ereignisse und Bedingungen, wie z.B. einen Leistungsrollentausch, einen Datenrollentausch, ein hartes Rücksetzen, eine Störung der Leistungsquelle usw., (z.B. ohne das Abstecken der Vorrichtung) dynamisch neu ausgehandelt werden.
  • Gemäß der USB-PD-Spezifikation ist eine elektronische Vorrichtung typischerweise konfiguriert, einer weiteren Vorrichtung durch einen auf einer USB-VBUS-Leitung konfigurierten Leistungsweg Leistung zuzuführen. Die Vorrichtung, die Leistung bereitstellt, wird typischerweise als ein „Versorger“ (oder eine Leistungsquelle) bezeichnet (oder enthält einen „Versorger“ (oder eine Leistungsquelle)), während die Vorrichtung, die Leistung verbraucht, typischerweise als ein „Verbraucher“ (oder eine Leistungssenke) bezeichnet wird (oder einen „Verbraucher“ (oder eine Leistungssenke) enthält). Ein Leistungsweg enthält typischerweise einen Leistungsschalter, der in Reihe in die VBUS-Leitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, die Zufuhr von Leistung ein- und auszuschalten.
  • Eine USB-PD-Leistungsquelle kann konfiguriert sein, Leistung von einem Wechselstrom-Leistungsadapter (AC-Leistungsadapter) oder von einer weiteren AC-Quelle zu ziehen. Folglich können einige Implementierungen als ein Teil einer Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzung (AC-DC-Umsetzung) einen großen Volumenkondensator auf der Leistungsquellenseite der VBUS-Leitung verwenden, um die AC-Komponente des Leistungssignals zu entfernen. Das EIN-Schalten und das AUS-Schalten von Leistungsschaltern (die außerdem als Leistungs-FETs bezeichnet werden) können einen weiteren Schaltungsschutz basierend auf der Analyse von Strom- und Spannungsbedingungen und der Detektion von Störungen ermöglichen.
  • Mit einem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer, der außerdem als sekundärbasierter Leistungsadapter bezeichnet wird, wird eine USB-C/PD-VBUS-Versorgung verwendet, um Leistung mit einem weiten Spannungsversorgungsbereich von 3,3 V-21,5 V zuzuführen. Wie es durch das USB-C-Protokoll erforderlich ist, wird in einem derartigen Leistungsadapter ein Versorger-FET (z.B. ein Schalter, ein Durchgangs-Gate-FET) auf der VBUS-Versorgungsleitung verwendet, so dass, wenn der Versorger-FET eingeschaltet ist, die Leistung vom Leistungsversorger einem Verbraucher zugeführt wird. Ein Versorger-FET mit einer maximalen Gate-Source-Spannung von 10 V-12 V kann z.B. verwendet und mit einem Gate-Treiber geschaltet werden. Um einen Versorger-FET anzusteuern, kann eine dreistufige Ladungspumpe mit einem Versorgungsbereich von 3,3 V-5,5 V pro Stufe verwendet werden, um die NFET-Gate-Spannung zwischen 9 V-16,5 V anzusteuern. Ein derartiger Gate-Treiber kann jedoch nicht verwendet werden, um die Gate-Source-Spannung des Versorger-FET zu steuern, und kann deshalb nur mit begrenzten FET-Auswahlen eingesetzt werden, die unter normalen Betriebsbedingungen eine maximale Gate-Spannung von 20 V unterstützen können. Aufgrund der maximalen Versorgungsspannung von 21,5 V und der maximalen Gate-Spannung von 16,5 V kann die durch den Gate-Treiber zugeführte maximale Spannung 38 V betragen, was eine interne Vorrichtung zur elektrostatischen Entladung (ESD-Vorrichtung) auslösen kann (die bei 34 V ausgelöst werden kann) und eine Beschädigung des Versorger-FET verursachen kann. Einige Gate-Treiber weisen keine Weise auf, um die Geschwindigkeit des Ladungsflusses (z.B. die Anstiegsgeschwindigkeit) zu steuern, was es ermöglichen kann, dass ein großer Strom durch den Versorger-FET fließt, was außerdem zu einer Beschädigung des Versorger-FET führen kann.
  • Hier werden verschiedene Ausführungsformen der Techniken zum Steuern eines Versorger-FET mit einem in den sekundärseitigen Controller integrierten funktionsreichen Gate-Treiber in einem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer beschrieben. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können die obenerwähnten und andere Herausforderungen durch das Ansteuern des Versorger-FET mit einem in den sekundärseitigen Controller integrierten Gate-Treiber (z.B. einem sekundären Gate-Treiber) ohne die zusätzliche Logik und die zusätzlichen Schaltungen und die komplizierten Protokolle, die oben beschrieben worden sind, behandeln. In einigen Fällen können die Ausführungsformen Informationen bereitstellen, die in dem sekundärseitigen Controller gespeichert sind. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können eine firmware-basierte Optimierung des Sperrumsetzers ohne eine zusätzliche Schaltungsanordnung außerhalb des sekundärseitigen Controllers bereitstellen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können firmware-basierte Modifikationen in Bezug auf einen spezifischen Platinenentwurf bereitstellen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können verbesserte Systementwürfe für eine verbesserte Zuverlässigkeit bereitstellen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können die Stückliste auf der Primärseite des Sperrumsetzers, wie z.B. durch Verringern des für den Konstantstrom erforderlichen externen Widerstands oder der für den Sanftanlauf-Anstieg erforderlichen externen Kappe und dergleichen, verringern. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können Kosten und Platinenplatz einsparen. In einigen Ausführungsformen können andere Umsetzer anstelle des Sperrtransformators, z.B. ein Schaltumsetzer oder dergleichen, verwendet werden.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen können die obenerwähnten und andere Herausforderungen durch das Bereitstellen einer mit einem seriellen Bus kompatiblen Leistungsversorgungsvorrichtung, wie z.B. einer Leistungszufuhrvorrichtung für serielle Busse (SBPD-Vorrichtung), mit einem analogen Leistungssteuer-Teilsystem, das Hardware, Firmware oder irgendeine Kombination aufweist, für einen Gate-Treiber mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung behandeln, die in einen sekundärseitigen Controller integriert ist, um eine Gate-Source-Spannung eines NFET (der hier außerdem als ein „Versorger-FET“ oder ein „Versorger-NFET“ bezeichnet wird) zu steuern. Der NFET kann ein externer NFET sein. Die SBPD (die hier außerdem als eine „Source-Vorrichtung“ bezeichnet wird) kann eine USB-kompatible Leistungsversorgungsvorrichtung sein. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können außerdem in anderen Typen von Leistungsadaptern, Leistungsumsetzern, Leistungszufuhrschaltungen oder dergleichen implementiert sein.
  • 1 ist ein Blockschaltplan eines sekundärgesteuerten Sperrumsetzers 100 mit einem Gate-Treiber mit programmierbarer Gate-Source-Klemmenspannung und programmierbarer Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung gemäß einer Ausführungsform. Der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 kann Teil einer AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung sein. Der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 enthält einen Gleichrichter 102 (z.B. einen Vollbrückengleichrichter), der zwischen die AC-Eingangsanschlüsse 104 und eine gleichgerichtete DC-Leitung 106 (VIN) gekoppelt ist, einen Sperrtransformator 108, wobei der Sperrtransformator 108 eine Primärwicklung enthält, die an die gleichgerichtete DC-Leitung 106 gekoppelt ist, einen primärseitigen Leistungsschalter 110 (z.B. einen primärseitiger FET, einen Leistungs-FET oder einen primären FET), einen sekundärseitigen Leistungsschalter 112 (z.B. einen sekundärseitigen FET 112, einen Leistungs-FET oder einen sekundären FET), einen primärseitigen Controller 114 und einen sekundärseitigen Controller 116. Der sekundärseitige Controller 116 enthält einen sekundären Gate-Treiber mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Die gleichgerichtete DC-Leitung 106 ist an ein erstes Ende einer Primärwicklung des Sperrtransformators 108 gekoppelt. VIN ist die Spannung an der gleichgerichteten DC-Leitung 106 nach dem Gleichrichter 102. Ein zweites Ende der Primärwicklung ist an einen primären Drain des primärseitigen FET 110 gekoppelt. Ein erstes Ende der Sekundärwicklung des Sperrtransformators 108 ist an eine Gleichstrom-Ausgangsleitung (DC-Ausgangsleitung) 118 (VBUS_IN) und einen Drain des Versorger-FET gekoppelt. Ein zweites Ende der Sekundärwicklung ist an einen sekundären Drain des sekundärseitigen FET 112 (SR_Drain) gekoppelt. VBUS ist die Spannung am DC-Ausgang des Sperrtransformators 108. SR_Drain ist der Drain-Knoten des sekundärseitigen FET 112. Die DC-Ausgangsleitung 118 und der sekundärseitige FET 112 sind an die DC-Ausgangsanschlüsse 120 gekoppelt.
  • Der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 wird zur AC-DC-Umsetzung mit galvanischer Trennung zwischen den Eingängen und irgendwelchen Ausgängen verwendet. Der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 verwendet eine Induktorteilung mit dem Sperrtransformator 108 mit einer galvanischen Trennbarriere 122 zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite. Wenn der primärseitige Leistungsschalter 110 (der primärseitige FET) geschlossen ist, ist die Primärseite des Sperrtransformators 108 mit der Eingangsspannungsquelle verbunden. In dieser Ausführungsform ist die Primärseite des Sperrtransformators 108 an den Gleichrichter 102 gekoppelt. Wenn der Primärstrom und der magnetische Fluss im Sperrtransformator 108 zunehmen, wird im Transformatorkern des Sperrtransformators 108 Energie gespeichert. Die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung ist negativ und blockiert. Wenn der primärseitige Leistungsschalter 110 (der primärseitige FET) geöffnet wird, fallen der Primärstrom und der magnetische Fluss ab. Die Sekundärspannung ist positiv, was ermöglicht, dass Strom aus dem Sperrtransformator 108 fließt. Die Energie aus dem Transformatorkern versorgt eine Ausgangslast. Es kann ein Ausgangskondensator verwendet werden, um die Ausgangslast zu laden und der Ausgangslast Energie zuzuführen. Folglich kann der Sperrtransformator 108 basierend auf der Steuerung des primärseitigen Leistungsschalters 110 Energie speichern und die Energie zum Ausgang des sekundärgesteuerten Sperrumsetzers 100 übertragen. Es sollte außerdem angegeben werden, dass der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 andere Komponenten in der Eingangsstufe, in der Ausgangsstufe oder in beiden enthalten kann. Es kann z.B. ein Volumenkondensator zwischen den Ausgang des Gleichrichters 102 und einen Masseknoten gekoppelt sein. Während des Betriebs wird die AC-Eingangsleistung durch den Gleichrichter 102 (Brückengleichrichter) und den Volumenkondensator gleichgerichtet und gefiltert. Dies erzeugt einen DC-Hochspannungsbus, der mit der Primärwicklung des Sperrtransformators 108 verbunden ist. Ähnlich wird in der Ausgangsstufe die Leistung der Sekundärwicklung gleichgerichtet und gefiltert, wie z.B. durch eine Diode, einen Kondensator, Ausgangs-LC-Filter oder dergleichen, um die Ausgangsspannungswelligkeit zu verringern. Außerdem können andere Ausgangsspannungen durch das Einstellen des Windungsverhältnisses des Sperrtransformators und der Ausgangsstufe verwirklicht werden.
  • Der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 arbeitet als isolierter Leistungsumsetzer. Die beiden vorherrschenden Steuerschemata sind die Steuerung der Spannungsbetriebsart und die Steuerung der Strombetriebsart. Beide Steuerschemata verwenden ein auf die Ausgangsspannung bezogenes Signal. Ein Optokoppler oder ein Impulstransformator kann an den sekundärseitigen Controller 116 gekoppelt sein und kann ein Signal an den primärseitigen Controller 114 senden, um die Ausgangsspannung anzugeben, wie z.B. im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Der Optokoppler oder der Impulstransformator kann verwendet werden, um enge Spannungs- und Stromregelungen zu erhalten.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfasst der sekundärseitige Controller 116 (der außerdem als die sekundärseitige IC 116 bezeichnet wird) eine in den sekundärseitigen Controller integrierte N-Gate-Treiberschaltungsanordnung 136 (die hier außerdem als ein N-Gate-Treiber oder sekundärer Gate-Treiber bezeichnet wird). Der N-Gate-Treiber 136 kann mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET 138 und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit programmierbar sein. Der N-Gate-Treiber 136 kann an ein Gate des Versorger-FET 138 gekoppelt sein, um den Versorger-FET 138 zu steuern. In einer Ausführungsform kann der Versorger-FET 138 ein Versorger-NFET sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Versorger-FET 138 ein Versorger-PFET sein.
  • In einer Ausführungsform enthält der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer 100 einen Impulstransformator 130, der zwischen den primärseitigen Controller 114 und den sekundärseitigen Controller 116 gekoppelt ist. Der primärseitige Controller 114 ist konfiguriert, das Signal 126 von dem sekundärseitigen Controller 116 als einen oder mehrere Impulse über den Impulstransformator 130 zu empfangen. Der primärseitige Controller 114 kann einen Impulsempfänger 132 enthalten, um das Impulssignal 128 von dem sekundärseitigen Controller 116 über die galvanische Isolationsbarriere 124 zu empfangen. Der Impulsempfänger 132 kann den primärseitigen Einschaltimpuls basierend auf dem Ausgang des Sperrtransformators 108 (z.B. einen vom sekundären Controller 116 in Reaktion auf eine Fehlerverstärker-Ausgabe (EA-Ausgabe) auf der Sekundärseite gesendeten PWM-Impuls) ändern. Bei höheren EA-Spannungen werden vom sekundären Controller 116 über den Impulstransformator 130 breitere Pulsbreitenmodulationsimpulse (PWM-Impulse) gesendet, was zu breiteren Einschaltimpulsen führt. Der primärseitige Controller 114 kann außerdem einen Gate-Treiber 134 enthalten, der an den Impulsempfänger 132 und ein Gate des primärseitigen FET 110 gekoppelt ist. Wie hier beschrieben worden ist, können die Einschalt- und Ausschaltimpulse eine feste Breite oder variable Breiten aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Impulsempfänger 132 eine PWM-Schaltung enthalten. Alternativ kann der Impulsempfänger 132 andere Typen von Schaltungen verwenden, um die Impulse über die galvanische Isolationsbarriere 124 zu empfangen.
  • Um das Impulssignal 128 an den primärseitigen FET 110 anzulegen, ist der primärseitige Controller 114 in einer Ausführungsform konfiguriert, einen Einschaltimpuls (PTDRV) vom sekundärseitigen Controller 116 zu empfangen. Der primärseitige Controller 114 legt den Einschaltimpuls über den Gate-Treiber 134 an das Gate des primärseitigen FET 110 an. Der Einschaltimpuls verursacht, dass der primäre Drain des primärseitigen FET 110 „tief“, d.h., von einem höheren Zustand zu einem tieferen Zustand (z.B. einem ersten Spannungspegel, der einem ersten Zustand entspricht oder den digitalen Wert eins repräsentiert) geht und dass der sekundäre Drain des sekundärseitigen FET 112 von einem tiefen Zustand zu einem höheren Zustand geht. Anschließend empfängt der primärseitige Controller 114 einen Ausschaltimpuls von dem sekundärseitigen Controller 116 und legt den Ausschaltimpuls über den Gate-Treiber 134 an das Gate des primärseitigen FET 110 an. Der Ausschaltimpuls verursacht, dass der primäre Drain des primärseitigen FET 110 „hoch“, d.h., von einem tieferen Zustand zu einem höheren Zustand (z.B. einem zweiten Spannungspegel, der einem zweiten Zustand entspricht oder den digitalen Wert null repräsentiert) geht und dass der sekundäre Drain des sekundärseitigen FET 112 tief geht.
  • In der dargestellten Ausführungsform enthält der sekundärseitige Controller 116 einen sekundären Gate-Treiber 136 mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung für den Versorger-FET 138 und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit. Der sekundäre Gate-Treiber 136 (N-Gate-Treiber) ist an ein Gate des Versorger-FET 138 gekoppelt. Der sekundäre Gate-Treiber 136 kann als eine oder mehrere N-Gate-Treiber-Vorrichtungen implementiert sein, um einen Versorger-FET 138 anzusteuern. In einer Ausführungsform kann der Versorger-FET 138 ein NFET sein. Der programmierbare sekundäre Gate-Treiber ermöglicht, dass eine Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET 138 programmiert wird, was die Verwendung eines weiten Bereichs externer FETs ermöglicht. Der sekundäre Gate-Treiber weist ferner eine Lösung einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung auf, um einen weiten Bereich von Gate-Kapazitäten der externen FET zu unterstützen und Einschaltstoßströme zu vermeiden. Die Merkmale des programmierbaren sekundären Gate-Treibers können durch das Vermeiden der Verwendung externer Widerstände und Zenerdioden die Stückliste verringern. In einer Ausführungsform enthält der N-Gate-Treiber 136 (der sekundäre Gate-Treiber) eine Abweiserschaltung 137, eine Ladungspumpe 139, einen anstiegsgeschwindigkeitsgesteuerten Treiber 141 und eine Klemmschaltung 143. Die Ladungspumpe ist an einen Eingangsknoten gekoppelt, der an den Sperrtransformator 108 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform enthält die Ladungspumpe eine Rückkopplungsschaltung, die an einen Ausgang der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist. Der anstiegsgeschwindigkeitsgesteuerte Treiber 141 ist zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und das Gate des Versorger-FET gekoppelt. Die Klemmschaltung 143 ist zwischen das Gate des Versorger-FET und die Source des Versorger-FET gekoppelt.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, kann ein N-Gate-Treiber (z.B. der sekundäre Gate-Treiber), der in den sekundärseitigen Controller 116 integriert ist, den Versorger-FET 138 (z.B. einen NFET-Schalter) steuern, um einer Verbrauchervorrichtung Leistung zuzuführen. Der sekundäre Gate-Treiber kann den Versorger-FET freigeben oder sperren. In einer Ausführungsform kann das Merkmal der programmierbaren Stromquelle des sekundären Gate-Treibers für eine spezielle Anwendung fest sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Merkmal der programmierbaren Stromquelle des sekundären Gate-Treibers unter Verwendung von Firmware oder eines externen Controllers programmiert werden. Zusätzliche Einzelheiten des programmierbaren sekundären Gate-Treibers 136 werden im Folgenden bezüglich 2 beschrieben.
  • 2 ist ein Blockschaltplan eines sekundären Gate-Treibers 200, der in einen sekundärseitigen Controller in einem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer gemäß einer Ausführungsform integriert ist. Obwohl nicht alle Komponenten des sekundärgesteuerten Sperrumsetzers gezeigt sind, ist der sekundärgesteuerte Sperrumsetzer zu dem sekundärgesteuerten Sperrumsetzer 100 nach 1 ähnlich, wie durch ähnliche Bezugszeichen angegeben ist. Um den Versorger-FET 238 zu steuern, steuert der sekundäre Gate-Treiber 200 den Versorger-FET 238 an. In einer Ausführungsform umfasst der sekundäre Gate-Treiber 200 eine Ladungspumpen-Steuerschaltung 239, eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung 241 und eine Spannungsklemmen-Steuerschaltung 243. Die Ladungspumpen-Steuerschaltung 239 ist an einen Eingangsknoten (Vbus _IN) gekoppelt, der an den Sperrtransformator gekoppelt ist. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung 241 ist an einen Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt und ferner an ein Gate des Versorger-FET gekoppelt. Die Spannungsklemmen-Steuerschaltung 243 ist zwischen das Gate des Versorger-FET 238 und die Source des Versorger-FET 238 gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform ist die Ladungspumpen-Steuerschaltung 239 eine dreistufige Ladungspumpen-Steuerschaltung. Eine erste Stufe 250-a der dreistufigen Ladungspumpenschaltung ist an den Eingangsknoten der Ladungspumpe gekoppelt (d.h., der Eingangsknoten der ersten Stufe kann der Eingangsknoten der Ladungspumpe sein). Eine zweite Stufe 250-b der dreistufigen Ladungspumpenschaltung 239 ist an einen Ausgang der ersten Stufe 250-a gekoppelt. Ferner ist eine dritte Stufe 250-c an einen Ausgang der zweiten Stufe 250-b gekoppelt. Mit der dreistufigen Ladungspumpe kann jede Stufe eine Versorgungsspannung (VDDD) von 3,3 V bis 5,5 V für einen Gesamtbetrag zwischen 9 V und 16,5 V bereitstellen. Die Eingangsversorgung (Vbus_IN) kann sich dynamisch von 3,3 V bis 21,5 V ändern. Um die maximale Ladungspumpenspannung auf unterhalb der Technologiegrenze (z.B. 34 V) zu begrenzen, kann ein Regelkreis 252 verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Ladungspumpe eine mehrstufige Ladungspumpe sein.
  • In einer Ausführungsform kann der Regelkreis 252 ein digitaler Regelkreis sein und einen Spannungsversatzblock 254 enthalten (z.B. um die Spannung um 8 V zu versetzen), der an den Ausgang der dreistufigen Ladungspumpe gekoppelt ist. Der Regelkreis 252 weist ferner einen Komparator 256 auf. Der erste Eingang des Komparators ist an den Ausgang des Spannungsversatzblocks 254 gekoppelt. Der zweite Eingang des Komparators ist an den Eingangsknoten (Vbus _IN) der Ladungspumpe 239 gekoppelt. Der Ausgang des Komparators 256 ist an einen ersten Eingang eines Logikgatters 258 gekoppelt. Der zweite Eingang des Logikgatters ist gekoppelt, um ein Taktsignal zu empfangen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Regelkreis ein analoger Regelkreis sein (der in 2 nicht veranschaulicht ist).
  • Die dreistufige Ladungspumpe 239 mit dem Regelkreis 252 soll die maximale Ladungspumpenspannung auf 30 V (z.B. unterhalb der Technologiegrenze) begrenzen, um die Zuverlässigkeit der internen Schaltungen zu verbessern.
  • Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung 241 soll verschiedene FET-Vorrichtungen, z.B. mit unterschiedlichen Gate-Kapazitäten, unterstützen, um eine Beschädigung der FET-Vorrichtungen aufgrund eines Einschaltstoßstroms zu verhindern. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung 241 weist eine programmierbare Stromquelle 260 (z.B. 1 µA bis 10 µA) auf und soll die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeit steuern. Der programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Controller 241 weist ferner ein erstes Paar FETs 262-a und 262-b auf, die miteinander und mit der programmierbaren Stromquelle 260 in Reihe geschaltet sind. Das erste Paar von FETs 262-a und 262-b ist ferner zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und ein Massepotential gekoppelt. Der programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Controller 241 weist ferner ein zweites Paar FETs 264-a und 264-b auf. Der programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Controller weist ein Paar von Widerstandselementen 266-a und 266-b auf, die zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpe und das Massepotential in Reihe geschaltet sind. Ein Knoten zwischen dem Paar von Widerstandselementen ist an das Gate des Versorger-FET 238 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist ein FET 268 zwischen eines der Widerstandselemente des Paares von Widerstandselementen und das Massepotential gekoppelt, wobei ein Gate des FET gekoppelt ist, um ein Treiberfreigabesignal zu empfangen, um die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung freizugeben.
  • In einer Ausführungsform misst der sekundäre Gate-Treiber ein erstes Spannungssignal an einem Eingangsknoten, der an einen Drain des Versorger-FET 238 gekoppelt ist, und ein zweites Spannungssignal an einem Ausgangsknoten, der an eine Source des Versorger-FET 238 gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform kann der sekundäre Gate-Treiber 200 die Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET 238 steuern, eine Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET 238 steuern und ein Gate-Steuersignal an ein Gate des Versorger-FET 238 ausgeben. Die Anstiegsgeschwindigkeit entspricht einer Gate-Kapazität des Versorger-FET 238. Ferner kann die Ladungspumpe 239 das erste Spannungssignal vervielfachen, um eine interne Spannung zu erhalten. In einer Ausführungsform kann die Ladungspumpe eine dreistufige Ladungspumpe sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Ladungspumpe eine mehrstufige Ladungspumpe sein. Die Rückkopplungsschaltung 252 des sekundären Gate-Treibers 200 kann jeder Stufe der mehrstufigen Ladungspumpe ein Rückkopplungssignal zuführen, das der internen Spannung entspricht. In einer Ausführungsform kann die Rückkopplungsschaltung eine digitale Rückkopplungsschaltung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Rückkopplungsschaltung eine analoge Rückkopplungsschaltung sein. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung 241 kann dem Gate des Versorger-FET 238 einen Ausgangsstrom bereitstellen, wobei der Ausgangsstrom der internen Spannung entspricht.
  • In einer weiteren Ausführungsform empfängt der sekundäre Gate-Treiber 200 ein erstes Spannungssignal an einem an den Drain des Versorger-FET 238 gekoppelten Eingangsknoten und ein zweites Spannungssignal an einem an eine Source des Versorger-FET 238 gekoppelten Ausgangsknoten. In dieser Ausführungsform kann der sekundäre Gate-Treiber 200 die Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET 238 steuern, eine Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET 238 steuern und ein Gate-Steuersignal an ein Gate des Versorger-FET 238 ausgeben. Die Anstiegsgeschwindigkeit entspricht einer Gate-Kapazität des Versorger-FET 238. Ferner kann die Ladungspumpe 239 das erste Spannungssignal vervielfachen, um eine interne Spannung zu erhalten. In einer Ausführungsform kann die Ladungspumpe eine dreistufige Ladungspumpe sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Ladungspumpe eine mehrstufige Ladungspumpe sein. Die Rückkopplungsschaltung 252 des sekundären Gate-Treibers 200 kann jeder Stufe der mehrstufigen Ladungspumpe ein Rückkopplungssignal bereitstellen, das der internen Spannung entspricht. In einer Ausführungsform kann die Rückkopplungsschaltung eine digitale Rückkopplungsschaltung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Rückkopplungsschaltung eine analoge Rückkopplungsschaltung sein. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung 241 kann dem Gate des Versorger-FET 238 einen Ausgangsstrom bereitstellen, wobei der Ausgangsstrom der internen Spannung entspricht.
  • In einer Ausführungsform weist der sekundäre Gate-Treiber 200 eine programmierbare Gate-Source-Spannungsklemme 243 auf. Die Eingangsspannung Vbus_IN des sekundären Gate-Treibers kann sich dynamisch von 3,3 V bis 21,5 V ändern und stellt einen Entladungsweg für den Gate-Kondensator des Versorger-FET 238 bereit. Die programmierbare Gate-Source-Spannungsklemme 243 soll während einer Störungsbedingung, bei der die Ausgangsspannung (Vbus_c) kurzgeschlossen ist (z.B. zu 0 V geht), die Gate-Source-Spannung (z.B. auf 10 V) begrenzen, bevor der Versorger-FET 238 durch eine Kurzschluss-Schutzschaltung ausgeschaltet wird. Es ist ein Vorteil der programmierbaren Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 243, das System weniger anfällig für Einrastprobleme zu machen, wenn der Gate-Anschlussstift des Versorger-FET 238 zur Masse kurzgeschlossen ist.
  • Wie in 2 veranschaulicht ist, soll der sekundäre Gate-Treiber den Versorger-FET freigeben oder sperren, wobei er eine Ladungspumpenschaltung, einen Regelkreis, eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung und eine Gate-Source-Spannungsklemmschaltung umfasst. Das Steuern des Versorger-FET mit einem sekundären Gate-Treiber, der in den sekundärseitigen Controller integriert ist, ermöglicht, dass die Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET programmierbar ist, was die Verwendung eines größeren Bereichs von externen FETs als den Versorger-FET ermöglicht. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung ermöglicht ferner die Unterstützung eines weiten Bereichs von Versorger-FETs durch das Begrenzen der internen Knoten auf 30 V und durch das Vermeiden von Problemen aufgrund von Einschaltstoßströmen. Die Spannungsklemmschaltung begrenzt die Gate-Source-Spannung des Versorger-FET während einer Störungsbedingung, was bedeutet, dass der FET vor Beschädigungen geschützt ist, wie in 3 weiter beschrieben ist. Ferner werden durch das Integrieren dieser programmierbaren Schaltungen auf dem sekundärseitigen Controller durch das Vermeiden der Verwendung von externen Widerständen und Zenerdioden die Kosten und der Bereich der Stückliste verringert.
  • 3 ist eine schematische graphische Darstellung einer Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 300 eines sekundären Gate-Treibers gemäß einer Ausführungsform. Die Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 300 enthält eine erste Diode 302, die an die programmierbare Stromquelle 360 der programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung und einen ersten Knoten gekoppelt ist. Die Gate-Source-Spannungsklemmschaltung enthält außerdem ein erstes Widerstandselement 304, das zwischen den ersten Knoten (zwischen der ersten Diode 302 und dem ersten Widerstandselement 304) und die Source des Versorger-FET 338 gekoppelt ist. Die Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 300 enthält außerdem eine Stromquelle 306, die zwischen einen zweiten Knoten und einen Massepotential gekoppelt ist. Die Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 300 enthält außerdem einen ersten FET 308, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei das Gate des ersten FET 308 an den zweiten Knoten gekoppelt ist; ein zweites Widerstandselement 310, das an den Source-Knoten des Versorger-FET 338 gekoppelt ist, einen zweiten FET 312, der zwischen das zweite Widerstandselement und einen dritten Knoten in Reihe geschaltet ist; ein Paar Dioden 314-a und 314-b, die zwischen den ersten Knoten und den dritten Knoten gekoppelt sind; und eine zweite Diode 316, die zwischen den dritten Knoten und das Gate des Versorger-FET 338 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der Source-Knoten des Versorger-FET 338 an einen USB-C-Verbinder gekoppelt und kann einem Verbraucher Leistung bereitstellen, wenn der Versorger-FET 338 eingeschaltet ist.
  • In einer Ausführungsform soll die Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 300 eine stromquellenbasierte Lösung bereitstellen, um den Ausgang der Ladungspumpenschaltung (z.B. VCP) vom Gate des Versorger-FET (z.B. Vbus ctrl) zu isolieren. In einer weiteren Ausführungsform soll die Gate-Source-Spannungsklemmschaltung 300 eine spannungsquellenbasierte Lösung bereitstellen, um den Ausgang der Ladungspumpenschaltung vom Gate des Versorger-FET zu isolieren. Das System kann für ein Einrasten weniger anfällig sein, wenn der Gate-Anschlussstift des Versorger-FET zur Masse kurzgeschlossen ist. In einer Ausführungsform ist die Gate-Source-Spannungs-Klemmschaltung eine 10-V-Klemmschaltung, um die Gate-Source-Spannung des Versorger-FET (z.B. des externen FET) auf 10 V mit einem weiten Versorgungsspannungsbereich (z.B. Vbus IN) zu steuern.
  • 4A ist eine schematische graphische Darstellung eines USB-PD-Leistungsadapters 400-a mit einem sekundären Gate-Treiber 436-a (z.B. N-Gate-Steuertreiber oder N-Gate-Treiber) mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit, der in einen sekundärseitigen Controller 416-a (der außerdem als sekundärer IC-Controller des Leistungsadapters bezeichnet wird) integriert ist, in einer Ausführungsform. Anstelle der Optoisolator-Rückkopplung kann der USB-PD-Leistungsadapter 400-a Informationen über einen Impulstransformator 430 über die Isolationsbarriere übertragen. Der USB-PD-Leistungsadapter 400-a enthält einen primären IC-Controller 414 und einen sekundären IC-Controller 416. Der sekundäre IC-Controller 416-a kann in einer Chip-Baugruppe angeordnet sein und enthält ein USB-PD-Teilsystem, das in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Techniken zur Gate-Treiber-Steuerung konfiguriert ist. Der sekundäre IC-Controller 416-a ist konfiguriert, einen PD-Vertrag mit einer (nicht gezeigten) Verbrauchervorrichtung auszuhandeln, die an den USB-Typ-C-Anschluss 440 angeschlossen ist, und durch einen Ausgangsanschlussstift („PWM_DRV“) die erforderliche VBUS-Spannung zu steuern, die vom Sperrtransformator 408 ausgegeben wird. Der USB-Typ-C-Anschluss 440 ist typischerweise einem Typ-C-Stecker zugeordnet, wobei aber erkannt werden sollte, dass in verschiedenen Ausführungsformen der USB-Typ-C-Anschluss stattdessen einer Typ-C-Buchse zugeordnet sein kann. Der sekundäre IC-Controller 416-a enthält den sekundären Gate-Treiber 436-a. Der sekundäre Gate-Treiber 436-a kann eine Gate-Source-Klemmenspannung und eine Anstiegsgeschwindigkeit programmieren, wie oben bezüglich des sekundären Gate-Treibers 136 nach 1 beschrieben worden ist. Der Sperrtransformator 408 ist an eine gleichgerichtete DC-Leistungsquelle gekoppelt, wobei der Ausgang an einen sekundärseitigen FET 412 (z.B. SR_FET 412) gekoppelt sein kann. Der VBUS IN ist durch einen Fehlerverstärker geregelt, der mit einem Kompensationsnetzwerk 450 verbunden ist. Das Kompensationsnetzwerk 450 kann eine für den Entwurf des USB-PD-Leistungsadapters 400 spezifische Widerstands-Kondensator-Schaltung (RC-Schaltung) sein. Das Kompensationsnetzwerk 450 kann gekoppelt sein, um ein Rückkopplungssignal von einem ersten Ausgangsanschlussstift („FB“) des sekundären IC-Controllers 416-a zu empfangen. Außerdem kann das Kompensationsnetzwerk 450 an einen zweiten Ausgangsanschlussstift („EA_out“) und einen dritten Ausgangsanschlussstift („CC_Comp“) gekoppelt sein. Der Sperrtransformator 408 kann an einen großen Volumenkondensator 433 und eine Dämpfungsschaltung 437 gekoppelt sein. Der USB-PD-Leistungsadapter 400-a kann außerdem den Impulstransformator 430 (oder andere Regelmechanismen) zum Übertragen von Informationen über eine Isolationsbarriere 424 enthalten.
  • Der sekundäre Gate-Treiber 436-a, der in den sekundären IC-Controller 416-a integriert ist, ist an eine VBUS-Leitung 411 gekoppelt und konfiguriert, den Betrieb und den Zustand von Leistungsschaltern (wie z.B. des Leistungsschalters 438-a, der hier außerdem als ein Versorger-FET 438-a bezeichnet wird) durch das Bereitstellen von Steuersignalen für das Gate der Leistungsschalter zu steuern, wenn Störungsbedingungen detektiert werden. Der sekundäre Gate-Treiber 436-a begrenzt die Gate-Source-Spannung des Versorger-FET 438-a während einer Störungsbedingung, wenn der Source-Anschlussstift des Versorger-FET 438-a zur Masse kurzgeschlossen ist (z.B. zu 0 V gebracht ist). Die VBUS-Leitung 411 enthält den Leistungsschalter 438-a (Versorger-FET 438-a), der als eine Ein/Aus-Schaltvorrichtung konfiguriert ist, die durch die Signale von einem Ausgangsanschlussstift („VBUS_Control“) des sekundären Gate-Treibers 436-a im sekundären IC-Controller 416-a gesteuert ist. Der Leistungsschalter 438-a kann einem hier beschriebenen Versorger-FET entsprechen. Der sekundäre Gate-Treiber 436-a stellt eine programmierbare Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET 438-a bereit, was die Verwendung externer FETs mit einem weiteren Spannungsbereich ermöglicht. In einer Ausführungsform kann der Versorger-FET 438-a ein NFET sein, der durch einen in den sekundärseitigen Controller integrierten N-Gate-Treiber gesteuert ist. In einer weiteren Ausführungsform kann der Versorger-FET 438-a ein PFET sein, der durch einen in den sekundärseitigen Controller integrierten P-Gate-Treiber gesteuert ist. Auf einer Seite des Versorgerschalters 438-a ist ein Leistungsquellenknoten 405 an der VBUS-Leitung 411 an die zweite Wicklung des Sperrtransformators 408 gekoppelt, der an einen großen Volumenkondensator 435 gekoppelt ist, der konfiguriert ist, die AC-Komponente des Leistungssignals zu entfernen. Der Leistungsquellenknoten 405 ist an einen Eingangsanschlussstift („VBUS IN“) des sekundären IC-Controllers 416 gekoppelt. Auf der anderen Seite des Versorgerschalters 438 ist ein Ausgangsknoten 407 an der VBUS-Leitung 411 an den USB-Typ-C-Anschluss 440 gekoppelt. Der Ausgangsknoten 407 ist an einen weiteren Eingangsanschlussstift („VBUS_C“) des sekundären IC-Controllers 416 gekoppelt. Der GND-Anschluss 442 des USB-Typ-C-Anschlusses 440 ist an einen sekundärseitigen FET 412 gekoppelt.
  • In Betrieb ist die Richtung des Leistungsflusses auf der VBUS-Leitung 411 vom Sperrtransformator 408 zu einer Verbrauchervorrichtung, wie z.B. einem (nicht gezeigten Laptop-Computer), der an den USB-Typ-C-Anschluss 440 angeschlossen ist. Wenn ein PD-Vertrag mit der Verbrauchervorrichtung ausgehandelt ist, schaltet der sekundäre IC-Controller 416-a den Versorgerschalter 438-a ein, um der Verbrauchervorrichtung Leistung mit dem (den) ausgehandelten Spannungs- und/oder Strompegel(n) bereitzustellen. Ein Übergang von hoher zu tiefer Spannung auf der VBUS-Leitung 411 kann erforderlich sein, wenn der PD-Vertrag dynamisch neu ausgehandelt wird, um die VBUS-Spannung und/oder den VBUS-Strom zu verringern, z.B. wenn die Verbrauchervorrichtung das Laden ihres Akkumulators beendet hat und nun nur Leistung benötigt, um zu arbeiten.
  • Bei der Detektion von Störungsbedingungen kann ein Steuersignal gesendet werden, um die Gate-Source-Spannung des Leistungsschalters 438-a zu begrenzen und um den Leistungsschalter 438-a auszuschalten, wodurch der USB-Typ-C-Anschluss 440 vom Sperrtransformator 408 getrennt wird. Der Versorgerschalter 420 wird durch das Ansteuern des Ausgangs von VBUS_Control auf null ausgeschaltet. Durch das Begrenzen der Gate-Source-Spannung des Leistungsschalters 438-a wird der FET vor Beschädigung geschützt. Diese Trennung kann durch eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung oder andere Bedingungen verursacht werden, die eine Trennung des USB-Typ-C-Anschlusses 440 vom Sperrtransformator 408 zum Schutz der an den USB-Typ-C-Anschluss 440 gekoppelten Schaltungen erfordern.
  • In einer weiteren Ausführungsform eine Hilfsschaltung 470, die an den primären IC-Controller 414 gekoppelt sein kann. Ein Hilfsausgangsanschlussstift („AUX IN“) und ein Überspannungsschutz-Hilfsanschlussstift („OVP AUX“) sind an die Hilfsschaltung 470 gekoppelt. Die Hilfsschaltung 470 kann arbeiten, um vor einer Überspannung des VBUS_IN 411 zu schützen und außerdem der primären IC 414 Leistung (AUX_IN) bereitzustellen, sobald die Inbetriebnahme abgeschlossen ist.
  • Wie oben erwähnt worden ist, ermöglicht der USB-PD-Leistungsadapter 400-a die Steuerung einer Gate-Source-Spannung eines Versorger-FET 438-a durch einen sekundären Gate-Treiber, der in einen sekundärseitigen Controller integriert ist, wie oben bezüglich der 1-3 beschrieben worden ist. Insbesondere kann eine PWM-Treiberschaltung des sekundären IC-Controllers 416-a ein Signal an einem Ausgangsanschlussstift („PWM DRV“) ausgeben, um Informationen über die Isolationsbarriere 424 über den Impulstransformator 430 zu übertragen. Wie hier angegeben worden ist, kann die PWM-Treiberschaltung andere Treiberschaltungen umfassen, die Impulse am Ausgangsanschlussstift erzeugen, um Informationen über die Isolationsbarriere 424 zu übertragen. Der primäre IC-Controller 414 kann eine Detektionsschaltung enthalten, die ein Signal an einem Eingangsanschlussstift („Pulse In“) empfängt und detektiert, wenn der sekundäre IC-Controller 416-a Informationen überträgt. Der sekundäre IC-Controller 416-a kann z.B. eine Störungsbedingung detektieren und kann sowohl diese Informationen über den Impulstransformator 430 zu dem primären IC-Controller 414 übertragen als auch die Gate-Source-Spannung während der Störungsbedingung begrenzen, um den FET vor Beschädigung zu schützen. In einer weiteren Ausführungsform kann der primäre IC-Controller 414 die Informationen über den Sperrtransformator 408 über die Isolationsbarriere 422 übertragen. Der primäre IC-Controller 414 kann eine Schaltung enthalten, um die vom sekundären IC-Controller 416-a über den Impulstransformator 430 empfangenen Impulse zu variieren. Durch das Variieren der Impulse kann der primäre IC-Controller 414 Informationen über den primären Leistungsschalter 410 über den Sperrtransformator 408 senden. Der sekundäre IC-Controller 416-a kann eine Schaltung enthalten, die den Drain (SR DRAIN) des sekundären Leistungsschalters 412 misst und detektieren kann, wann der primäre IC-Controller 414 Informationen überträgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform enthält eine AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung einen Sperrumsetzer (mit einem Sperrtransformator) oder einen isolierten Leistungsumsetzer, der zwischen die AC-Anschlüsse und die DC-Anschlüsse gekoppelt ist. Der Sperrtransformator setzt die AC-Leistung an den AC-Anschlüssen in DC-Leistung an den DC-Anschlüssen mit einer galvanischen Trennung zwischen den AC-Anschlüssen und den DC-Anschlüssen um. Die AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung enthält außerdem einen primärseitigen Controller, der an den Sperrtransformator gekoppelt ist, und einen sekundärseitigen Controller, der an den Sperrtransformator gekoppelt ist. Ein primärseitiger Leistungsschalter (der außerdem als ein primärseitiger Schalt-FET oder primärer FET bezeichnet wird) ist an eine Primärwicklung des Sperrtransformators und den primärseitigen Controller gekoppelt. Ein sekundärseitiger Leistungsschalter ist an eine Sekundärwicklung des Sperrtransformators und den sekundärseitigen Controller gekoppelt. Der primärseitige Controller ist konfiguriert, ein erstes Signal vom sekundärseitigen Controller über eine galvanische Isolationsbarriere zu empfangen und in Reaktion auf das erste Signal ein zweites Signal an den primärseitigen Leistungsschalter anzulegen, um den primärseitigen Leistungsschalter einzuschalten und auszuschalten. Der sekundärseitige Controller ist außerdem konfiguriert, über den Impulstransformator Informationen zu dem primärseitigen Controller zu übertragen, wie hier beschrieben worden ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform enthält der primärseitige Controller einen Impulsempfänger und einen Gate-Treiber. Der Impulsempfänger empfängt das erste Signal von dem sekundärseitigen Controller über die galvanische Isolationsbarriere. Das erste Signal enthält einen ersten Einschaltimpuls, um den primärseitigen Leistungsschalter einzuschalten, und einen ersten Ausschaltimpuls, um den primärseitigen Leistungsschalter auszuschalten. In Reaktion legt der Treiber, der an den Impulsempfänger und den primärseitigen Leistungsschalter gekoppelt ist, den ersten Einschaltimpuls und den ersten Ausschaltimpuls an den primärseitigen Leistungsschalter an.
  • In einer weiteren Ausführungsform enthält die AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung einen Impulstransformator, der zwischen den primärseitigen Controller und den sekundärseitigen Controller gekoppelt ist. Der primärseitige Controller ist konfiguriert, das erste Signal von dem sekundärseitigen Controller als einen oder mehrere Impulse über den Impulstransformator zu empfangen. Der primärseitige Controller kann detektieren, wann der sekundärseitige Controller Informationen über den Impulstransformator überträgt, wie hier beschrieben worden ist.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen können in einem Leistungszufuhrsystem, wie z.B. in einer mit einem seriellen Bus kompatiblen Leistungsversorgungsvorrichtung, implementiert sein. Ein Beispiel für eine mit einem seriellen Bus kompatible Leistungsversorgungsvorrichtung kann eine Leistungszufuhrvorrichtung serieller Busse (SBPD-Vorrichtung), eine USB-kompatible Leistungsversorgungsvorrichtung oder dergleichen enthalten. In einigen Ausführungsformen ist die SBPD-Vorrichtung eine USB-PD-Vorrichtung, die mit dem USB-PD-Standard oder allgemeiner mit dem USB-Standard kompatibel ist. Die SBPD-Vorrichtung kann z.B. verwendet werden, um eine Ausgangsspannung (z.B. Vbus c, Leistungsversorgungsspannung) basierend auf einer Eingangsspannung (z.B. Vbus in, Leistungsversorgungsspannung) bereitzustellen. Die SBPD-Vorrichtung kann die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten, um die Kommunikation zwischen einem primärseitigen Controller und einem sekundärseitigen Controller zu fördern. Die SBPD-Vorrichtung kann einen Leistungsumsetzer (z.B. einen AC-DC-Umsetzer) und ein analoges Leistungssteuer-Teilsystem (z.B. einen USB-PD-Controller) enthalten. Das analoge Leistungssteuer-Teilsystem kann die Schaltungsanordnung, die Funktionalität oder beides, wie hier beschrieben worden ist, zum Übertragen von Informationen über eine galvanische Isolationsbarriere enthalten. Die Informationen können Informationen für verschiedene Funktionen, wie z.B. OV, UV, OCP, SCP, PFC, SR oder dergleichen, enthalten. Die Informationen können Störungsinformationen für irgendeine dieser verschiedenen Funktionen enthalten.
  • In den Ausführungsformen ist die SBPD-Vorrichtung mit einer Leistungsquelle, wie z.B. mit einer Wandsteckdosen-Leistungsquelle, verbunden, die AC-Leistung bereitstellt. In anderen Ausführungsformen kann die Leistungsquelle eine andere Leistungsquelle, wie z.B. eine Batterie, sein und der SBPD Vorrichtung DC-Leistung bereitstellen. Der Leistungsumsetzer kann die von der Leistungsquelle empfangene Leistung umsetzen (z.B. die empfangene Leistung in Vbus in umsetzen, die von 3,3 V bis 21,5 V reichen kann). Der Leistungsumsetzer kann z.B. ein AC-DC-Umsetzer sein und die AC-Leistung von der Leistungsquelle in DC-Leistung umsetzen. In einigen Ausführungsformen ist der Leistungsumsetzer ein Sperrumsetzer, wie z.B. ein sekundärgesteuerter Sperrumsetzer, der eine galvanische Trennung zwischen dem Eingang (z.B. der Primärseite) und dem Ausgang (z.B. der Sekundärseite) bereitstellt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Verbrauchervorrichtung sein, die Leistung von der SBPD-Vorrichtung empfängt, wobei die Verbrauchervorrichtung die Gate-Source-Spannung ihres Versorger-FET mit einem sekundären Gate-Treiber steuern kann, der auf dem sekundärseitigen Controller der Verbrauchervorrichtung integriert ist.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die SBPD-Vorrichtung (z.B. über einen Kommunikationskanal (CC), der eine spezielle Ausgangsspannung und möglicherweise einen Ausgangsstrom spezifiziert) einer Senkenvorrichtung Vbus c bereit. Die SBPD-Vorrichtung kann außerdem der Senkenvorrichtung Zugang zum Massepotential (z.B. Erde) bereitstellen. In einigen Ausführungsformen ist das Bereitstellen von Vbus c mit dem USB-PD-Standard kompatibel. Das analoge Leistungssteuer-Teilsystem kann Vbus_in vom Leistungsumsetzer empfangen. Das analoge Leistungssteuer-Teilsystem kann Vbus in ausgeben. In einigen Ausführungsformen ist das analoge Leistungssteuer-Teilsystem ein USB-Typ-C Controller, der mit dem USB-Typ-C Standard kompatibel ist. Das analoge Leistungssteuer-Teilsystem kann Systemunterbrechungen in Reaktion auf die Vbus in und die Vbus c bereitstellen.
  • In einigen Ausführungsformen kann irgendeine der Komponenten der SBPD-Vorrichtung Teil einer IC sein oder kann alternativ irgendeine der Komponenten der SBPD-Vorrichtung in ihrer eigenen IC implementiert sein. Der Leistungsumsetzer und das analoge Leistungssteuer-Teilsystem können z.B. jeweils diskrete ICs mit separaten Baugruppen- und Anschlussstiftkonfigurationen sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die SBPD Vorrichtung eine vollständige USB-Typ-C- und USB-Leistungszufuhr-Anschlusssteuerungslösung für Notebooks, Dongles, Monitore, Dockingstationen, Leistungsadapter, Fahrzeugladegeräte, Powerbanks, mobile Adapter und dergleichen bereitstellen.
  • 4B ist eine schematische graphische Darstellung eines USB-PD-Leistungsadapters 400-b mit einem sekundären Gate-Treiber 436-b (z.B. N-Gate-Steuertreiber oder N-Gate-Treiber), der in einen sekundärseitigen Controller 416-b (der außerdem als ein sekundärer IC-Controller des Leistungsadapters bezeichnet wird) integriert ist, um Leistung von einer Leistungsversorgervorrichtung 472-b einer angeschlossenen Verbrauchervorrichtung 472-c zuzuführen, gemäß einer Ausführungsform. Wenn eine Verbrauchervorrichtung 472-c mit einem Leistungsversorger 472-b verbunden ist, kann der sekundäre Gate-Treiber 436-b des Versorgers einen Versorger-FET 438-b (z.B. einen Versorger-NFET, einen Versorgerschalter) freigeben oder sperren, um der angeschlossenen Verbrauchervorrichtung 472-c Leistung zuzuführen. Der sekundäre Gate-Treiber 436-b des Versorgers kann z.B. den Versorger-FET 438-b freigeben, wenn der angeschlossenen Verbrauchervorrichtung 472-c Leistung zugeführt werden soll. Alternativ oder zusätzlich kann der sekundäre Gate-Treiber 436-b des Versorgers den Versorger-FET 438-b sperren, wenn der angeschlossenen Verbrauchervorrichtung 472-c keine Leistung zugeführt werden soll.
  • Die Verbrauchervorrichtung 472-c kann in einer Ausführungsform ein USB-PD-Leistungsverbraucher mit einem sekundären Gate-Treiber 436-c (z.B. N-Gate-Steuertreiber oder N-Gate-Treiber) sein, der in einen sekundärseitigen Controller 416-c der Verbrauchervorrichtung integriert ist, um Leistung von einer angeschlossenen Leistungsversorgervorrichtung 472-b zu empfangen (z.B. um einen Akkumulator der Verbrauchervorrichtung 472-c zu laden). Wenn die Leistungsversorgervorrichtung 472-b mit der Verbrauchervorrichtung 472-c verbunden ist (d.h., als eine Leistungsversorgung dient), kann der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers einen Verbraucher-FET 438-c (z.B. einen Verbraucher-NFET, einen Verbraucherschalter) freigeben oder sperren, um Leistung von der angeschlossenen Versorgervorrichtung 472-b zu empfangen. In einer Ausführungsform kann z.B. der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers den Verbraucher-FET 438-c freigeben, wenn Leistung von der angeschlossenen Versorgervorrichtung 472-b empfangen werden soll, um einen Akkumulator zu laden. Alternativ oder zusätzlich kann der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers den Verbraucher-FET 438-c sperren, wenn keine Leistung von der Leistungsversorgervorrichtung 472-b empfangen werden soll.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Verbrauchervorrichtung 472-c ein USB-PD-Leistungsverbraucher sein, der Leistung von einer angeschlossenen Leistungsversorgungsvorrichtung 472-b empfängt (z.B. um einen Akkumulator der Verbrauchervorrichtung 472-c zu laden). Wenn die Leistungsversorgervorrichtung 472-b mit der Verbrauchervorrichtung 472-c verbunden ist (z.B. als eine Leistungsversorgung dient), kann der sekundäre Gate-Treiber 436-b des Versorgers einen Versorger-FET 438-b (z.B. einen Versorger-NFET, einen Versorgerschalter) und einen Verbraucher-FET 438-c (z.B. einen Verbraucher-NFET, einen Verbraucherschalter) freigeben oder sperren, so dass der Leistungsversorger 472-b der Verbrauchervorrichtung 472-c Leistung bereitstellt und die Verbrauchervorrichtung 472-c Leistung von der angeschlossenen Versorgervorrichtung 472-b empfängt. In einer Ausführungsform kann z.B. der sekundäre Gate-Treiber 436-b des Versorgers den Versorger-FET 438-b und den Verbraucher-FET 438-c freigeben, wenn Leistung von der angeschlossenen Versorgervorrichtung 472-b empfangen werden soll, um einen Akkumulator zu laden. Alternativ oder zusätzlich kann der sekundäre Gate-Treiber 436-b des Versorgers den Versorger-FET 438-b und den Verbraucher-FET 438-c sperren, wenn keine Leistung von der Leistungsversorgervorrichtung 472-b empfangen werden soll.
  • Wie bezüglich der 1-4A beschrieben worden ist, kann der sekundäre Gate-Treiber 436-a des Verbrauchers ein N-Gate-Steuertreiber oder ein N-Gate-Treiber sein. Der sekundäre Gate-Treiber 436-a des Verbrauchers ist ein programmierbarer N-Gate-Steuertreiber mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit, der in einen sekundärseitigen Controller der Verbrauchervorrichtung integriert ist. Obwohl nicht alle Komponenten des sekundären Gate-Treibers des Verbrauchers gezeigt sind, ist der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers zu dem sekundären Gate-Treiber 436-b des Versorgers ähnlich, wie durch ähnliche Bezugszeichen angegeben ist. In einer Ausführungsform umfasst der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers eine Ladungspumpen-Steuerschaltung. Die Ladungspumpen-Steuerschaltung umfasst einen Regelkreis. Die Ladungspumpen-Steuerschaltung ist an einen Eingangsknoten der Verbrauchervorrichtung 472-c (Vbus_C) gekoppelt, der an einen Verbinder gekoppelt ist. In einer Ausführungsform kann die Ladungspumpen-Steuerschaltung der Verbrauchervorrichtung 472-c eine dreistufige Ladungspumpen-Steuerschaltung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Ladungspumpen-Steuerschaltung der Verbrauchervorrichtung 472-c eine mehrstufige Ladungspumpen-Steuerschaltung sein.
  • In einer Ausführungsform umfasst der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung der Verbrauchervorrichtung 472-c soll verschiedene FET-Vorrichtungen wie den Verbraucher-FET 438-c z.B. mit unterschiedlichen Gate-Kapazitäten unterstützen und eine Beschädigung der FET-Vorrichtungen durch einen Einschaltstoßstrom verhindern. Die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung kann dem Gate des Verbraucher-FET 438-c einen Ausgangsstrom bereitstellen, wobei der Ausgangsstrom einer internen Spannung der Verbrauchervorrichtung 472-c entspricht.
  • In einer Ausführungsform umfasst der sekundäre Gate-Treiber 436-c des Verbrauchers eine programmierbare Gate-Source-Spannungsklemme. Die Gate-Source-Spannungsklemme soll einen Entladungsweg für den FET-Gate-Kondensator des Verbrauchers bereitstellen. Die programmierbare Gate-Source-Spannungsklemme kann die Gate-Source-Spannung während einer Störungsbedingung begrenzen, bei der die Eingangsspannung (Vbus c) kurzgeschlossen ist (z.B. zu 0 V geht), bevor der Verbraucher-FET 438-c durch eine Kurzschluss-Schutzschaltung ausgeschaltet wird. Es ist ein Vorteil der programmierbaren Gate-Source-Klemmschaltung, das System weniger anfällig für Einrastprobleme zu machen, wenn der Gate-Anschlussstift des Verbraucher-FET 438-c zur Masse kurzgeschlossen ist.
  • In der dargestellten Ausführungsform stellt der Leistungsversorger 472-b der Verbrauchervorrichtung 472-c Leistung (z.B. mit einer 3,3 V-21,5 V-Versorgung) bereit (z.B. um einen Akkumulator zu laden oder um das System mit Leistung zu versorgen). In einer weiteren Ausführungsform kann die Verbrauchervorrichtung 472-c ein Leistungsversorger sein und kann der Leistungsversorger 472-b eine Verbrauchervorrichtung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Verbrauchervorrichtung 472-c eine Verbrauchervorrichtung sein, die Leistung vom Leistungsversorger 472-b empfängt und kann außerdem ein Leistungsversorger für eine (in 4B nicht veranschaulichte) andere Verbrauchervorrichtung sein.
  • 5 ist ein Blockschaltplan, der ein System 500 für eine USB-Vorrichtung zur Verwendung bei der USB-Leistungszufuhr in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen veranschaulicht. Das System 500 kann ein Peripherieteilsystem 510 enthalten, das eine Anzahl von Komponenten zur Verwendung bei der USB-PD enthält. Das Peripherieteilsystem 510 kann eine Peripheriezusammenschaltung 511 enthalten, die ein Taktmodul, einen Peripherietakt (PCLK) 512 zum Bereitstellen von Taktsignalen für die verschiedenen Komponenten des Peripherieteilsystems 510 enthält. Die Peripheriezusammenschaltung 511 kann ein Peripheriebus, wie z.B. ein weiterentwickelter Einzelpegel- oder Mehrpegel-Hochleistungsbus (AHB), sein und kann eine Daten- und Steuerschnittstelle zwischen dem Peripherieteilsystem 510, dem CPU-Teilsystem 530 und den Systembetriebsmitteln 540 bereitstellen. Die Peripheriezusammenschaltung 511 kann Controller-Schaltungen, wie z.B. Speicherdirektzugriffs-Controller (DMA-Controller), enthalten, die programmiert sein können, um Daten zwischen Peripherieblöcken ohne eine Eingabe durch das, eine Steuerung durch das oder eine Belastung für das CPU-Teilsystem 530 zu übertragen.
  • Die Peripheriezusammenschaltung 511 kann verwendet werden, um die Komponenten des Peripherieteilsystems 510 an andere Komponenten des Systems 500 zu koppeln. An die Peripheriezusammenschaltung 511 kann eine Anzahl von Universal-Eingängen/Ausgängen (GPIOs) 515 zum Senden und Empfangen von Signalen gekoppelt sein. Die GPIOs 515 können Schaltungen enthalten, die konfiguriert sind, verschiedene Funktionen, wie z.B. Pull-up, Pull-down, Eingangsschwellenwertauswahl, Freigeben/Sperren von Eingangs- und Ausgangspuffern, Einzelmultiplexing usw., zu implementieren. Durch die GPIOs 515 können noch andere Funktionen implementiert sein. Außerdem können ein oder mehrere Zeitgeber/Zähler/Pulsbreitenmodulator (TCPWM) 517 an die Peripheriezusammenschaltung gekoppelt sein und eine Schaltungsanordnung zum Implementieren von Zeitsteuerungsschaltungen (Zeitgebern), Zählern, Pulsbreitenmodulatoren-Decodierern (PWM-Decodierern) und anderen digitalen Funktionen enthalten, die auf E/A-Signale wirken und digitale Signale den Systemkomponenten des Systems 500 bereitstellen können. Das Peripherieteilsystem 510 kann außerdem einen oder mehrere serielle Kommunikationsblöcke (SCBs) 519 zur Implementierung von seriellen Kommunikationsschnittstellen, wie z.B. 12C, einer seriellen Peripherieschnittstelle (SPI), eines universellen asynchronen Empfängers/Senders (UART), eines Controller-Bereichsnetzes (CAN), einer Takterweiterungs-Peripherieschnittstelle (CXPI) usw. enthalten.
  • Für USB-Leistungszufuhranwendungen kann das Peripherieteilsystem 510 ein USB-Leistungszufuhr-Teilsystem 520 enthalten, das an die Peripheriezusammenschaltung gekoppelt ist und einen Satz USB-PD-Module 521 zur Verwendung bei der USB-Leistungszufuhr umfasst. Die USB-PD-Module 521 können durch eine USB-PD-Zusammenschaltung 523 an die Peripheriezusammenschaltung 511 gekoppelt sein. Die USB-PD-Module 521 können ein Analog-Digital-Umsetzungsmodul (ADC-Modul) zum Umsetzen verschiedener analoger Signale in digitale Signale; einen Fehlerverstärker (AMP) zum Regeln der Ausgangsspannung auf der VBUS-Leitung gemäß einem PD-Vertrag; einen Hochspannungsregler (HV-Regler) zum Umsetzen der Leistungsquellenspannung in eine präzise Spannung (wie z.B. 3,5-5 V), um das System 500 mit Leistung zu versorgen; einen Stromabtastverstärker (LSCSA) der tiefen Seite zum genauen Messen des Laststroms, ein Überspannungsschutzmodul (OVP-Modul) und ein Überstromschutzmodul (OCP-Modul) zum Bereitstellen eines Überstrom- und Überspannungsschutzes auf der VBUS-Leitung mit konfigurierbaren Schwellenwerten und Reaktionszeiten; einen oder mehrere Gate-Treiber für externe Leistungs-Feldeffekttransistoren (FETs), die bei der USB-Leistungszufuhr in Versorger- und Verbraucherkonfigurationen verwendet werden; und ein Kommunikationskanal-PHY-Modul (CC BB PHY-Modul) zum Unterstützen von Kommunikationen auf einer Typ-C-Kommunikationskanalleitung (Typ-C-CC-Leitung) enthalten. Die USB-PD-Module 521 können außerdem ein Ladegerät-Detektionsmodul zum Bestimmen, dass eine Ladeschaltung vorhanden und an das System 500 gekoppelt ist, und ein VBUS-Entlademodul zum Steuern der Entladung der Spannung auf dem VBUS enthalten. Insbesondere umfassen der eine oder die mehreren Gate-Treiber für externe Leistungs-FETs einen sekundären Gate-Treiber, der in den sekundärseitigen Controller integriert ist, um eine Gate-Source-Klemmenspannung des externen Leistungs-FET (z.B. Versorger-FET) zu steuern und eine Anstiegsgeschwindigkeit des externen Leistungs-FET zu steuern, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit einer Gate-Kapazität des externen Leistungs-FET entspricht. Wie bezüglich der 1-3 beschrieben worden ist, umfasst der sekundäre Gate-Treiber eine Ladungspumpen-Steuerschaltung, eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung und eine Spannungsklemmen-Steuerschaltung. Das Entlade-Steuermodul kann konfiguriert sein, so dass es an einen Leistungsquellenknoten an der VBUS-Leitung oder an einen Ausgangsknoten (eine Leistungssenke) an der VBUS-Leitung gekoppelt ist, und um die Spannung auf der VBUS-Leitung auf den gewünschten Spannungspegel (d.h., den im PD-Vertrag ausgehandelten Spannungspegel) zu entladen. Das USB-Leistungszufuhr-Teilsystem 520 kann außerdem Kontaktflächen 527 für externe Verbindungen und eine Schaltungsanordnung zum Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD-Schutzschalungsanordnung) 529 enthalten, die an einem Typ-C-Anschluss erforderlich sein kann. Die USB-PD-Module 521 können außerdem ein Kommunikationsmodul zum Wiedergewinnen und Übertragen von in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Informationen einem Controller mit einem weiteren Controller, wie z.B. zwischen einem primärseitigen Controller und einem sekundärseitigen Controller eines Sperrumsetzers, enthalten.
  • Die GPIO 515, der TCPWM 517 und der SCB 519 können an ein Eingabe-/Ausgabe-Teilsystem (E/A-Teilsystem) 550 gekoppelt sein, das eine Hochgeschwindigkeits-E/A-Matrix (HS-E/A-Matrix) 551 enthalten kann, die an eine Anzahl von GPIOs 553 gekoppelt ist. Die GPIOs 515, der TCPWM 517 und der SCB 519 können durch die HS-E/A-Matrix 551 an die GPIOs 553 gekoppelt sein.
  • Das System 500 kann außerdem ein Zentraleinheit-Teilsystem (CPU-Teilsystem) 530 zum Verarbeiten von Befehlen, zum Speichern von Programminformationen und Daten enthalten. Das CPU-Teilsystem 530 kann eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten 531 zum Ausführen von Anweisungen und zum Lesen aus Speicherplätzen und Schreiben in Speicherplätze aus einer Anzahl von Speichern enthalten. Die Verarbeitungseinheit 531 kann ein Prozessor sein, der für den Betrieb in einer integrierten Schaltung (IC) oder einer System-auf-Chip-Vorrichtung (SOC-Vorrichtung) geeignet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 531 für einen leistungsarmen Betrieb mit extensivem Takt-Gating optimiert sein. In dieser Ausführungsform können verschiedene interne Steuerschaltungen für den Betrieb der Verarbeitungseinheit in verschiedenen Leistungszuständen implementiert sein. Die Verarbeitungseinheit 531 kann z.B. einen Weck-Unterbrechungs-Controller (WIC) enthalten, der konfiguriert ist, die Verarbeitungseinheit aus einem Schlafzustand zu wecken, um zu ermöglichen, dass die Leistung ausgeschaltet werden kann, wenn sich die IC oder das SOC in einem Schlafzustand befindet. Das CPU-Teilsystem 530 kann einen oder mehrere Speicher einschließlich eines Flash-Speichers 533, eines statischen Schreib-Lese-Speichers (SRAM) 535 und eines Festwertspeichers (ROM) 537 enthalten. Der Flash-Speicher 533 kann ein nichtflüchtiger Speicher (NAND-Flash, NOR-Flash usw.) sein, der zum Speichern von Daten, Programmen und/oder anderen Firmware-Anweisungen konfiguriert ist. Der Flash-Speicher 533 kann einen Lesebeschleuniger enthalten und kann die Zugriffszeiten durch die Integration in das CPU-Teilsystem 530 verbessern. Der SRAM 535 kann ein flüchtiger Speicher sein, der zum Speichern von Daten und Firmware-Anweisungen konfiguriert ist, auf die durch die Verarbeitungseinheit 531 zugegriffen werden kann. Der ROM 537 kann konfiguriert sein, Hochfahrroutinen, Konfigurationsparameter und andere Firmware-Parameter und Einstellungen zu speichern, die sich während des Betriebs des Systems 500 nicht ändern. Der SRAM 535 und der ROM 537 können zugeordnete Steuerschaltungen aufweisen. Die Verarbeitungseinheit 531 und die Speicher können an eine Systemzusammenschaltung 539 gekoppelt sein, um Signale zu und von den verschiedenen Komponenten des CPU-Teilsystems 530 zu anderen Blöcken oder Modulen des Systems 500 zu leiten. Die Systemzusammenschaltung 539 kann als ein Systembus, wie z.B. ein Einzelpegel- oder Mehrpegel-AHB, implementiert sein. Die Systemzusammenschaltung 539 kann als eine Schnittstelle konfiguriert sein, um die verschiedenen Komponenten des CPU-Teilsystems 530 aneinanderzukoppeln. Die Systemzusammenschaltung 539 kann an die Peripheriezusammenschaltung 511 gekoppelt sein, um Signalwege zwischen den Komponenten des CPU-Teilsystems 530 und des Peripherieteilsystems 510 bereitzustellen.
  • Das System 500 kann außerdem eine Anzahl von Systembetriebsmitteln 540 einschließlich eines Leistungsmoduls 541, eines Taktmoduls 543, eines Rücksetzmoduls 545 und eines Testmoduls 547 enthalten. Das Leistungsmodul 541 kann ein Schlafsteuermodul, ein Weck-Unterbrechungssteuer-Modul (WIC-Modul), ein Einschalt-Rücksetz-Modul (POR-Modul), eine Anzahl von Spannungsreferenzen (REF) und ein PWRSYS-Modul enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsmodul 541 Schaltungen enthalten, die es dem System 500 ermöglichen, Leistung von externen/für externe Quellen mit unterschiedlichen Spannungs- und/oder Strompegeln zu ziehen und/oder bereitzustellen und den Controller-Betrieb in verschiedenen Leistungszuständen, wie z.B. aktiv, leistungsarm oder Schlaf, zu unterstützen. In verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Leistungszustände implementiert sein, wenn das System 500 den Betrieb drosselt, um eine gewünschte Leistungsaufnahme oder Ausgabe zu erreichen. Das Taktmodul 543 kann ein Taktsteuermodul, einen Überwachungszeitgeber (WDT), einen internen Oszillator mit geringer Geschwindigkeit (ILO) und einen internen Hauptoszillator (IMO) enthalten. Das Rücksetzmodul 545 kann ein Rücksetz-Steuermodul und ein externes Rücksetzmodul (XRES-Modul) enthalten. Das Testmodul 547 kann sowohl ein Modul zum Steuern einer und Eintreten in eine Testbetriebsart als auch Teststeuermodule für analoge und digitale Funktionen (Digitaltest und Analog-DFT) enthalten.
  • Das System 500 kann in einem monolithischen (z.B. einzelnen) Halbleiter-Die implementiert sein. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Abschnitte oder Module des Systems 500 auf verschiedenen Halbleiter-Dies implementiert sein. Die Speichermodule des CPU-Teilsystems 530 können sich z.B. auf dem Chip befinden oder separat sein. In noch anderen Ausführungsformen können Schaltungen mit separatem Die in einem einzigen „Chip“ als eine Baugruppe angeordnet sein oder separat bleiben und auf einer Leiterplatte (oder in einem USB-Kabelverbinder) als separate Elemente angeordnet sein.
  • Das System 500 kann in einer Anzahl von Anwendungskontexten implementiert sein, um ihm USB-PD-Funktionalität bereitzustellen. In jedem Anwendungskontext kann ein IC-Controller oder ein SOC, der bzw. das das System 500 implementiert, in einer elektronischen Vorrichtung (z.B. einer USB-fähigen Vorrichtung) angeordnet und konfiguriert sein, um Operationen in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Techniken auszuführen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein System 500 in einem Personalcomputer-Leistungsadapter (PC-Leistungsadapter) für einen Laptop, einen Notebook-Computer usw. angeordnet und konfiguriert sein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das System 500 in einem Leistungsadapter (z.B. einem Wandladegerät) für eine mobile elektronische Vorrichtung (z.B. ein Smartphone, ein Tablet usw.) angeordnet und konfiguriert sein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das System 500 in einer Wandsteckdose angeordnet und konfiguriert sein, die konfiguriert ist, Leistung über einen USB-Typ-A- und/oder -Typ-C-Anschluss (-Anschlüsse) bereitzustellen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das System 500 in einem Kraftfahrzeug-Ladegerät angeordnet und konfiguriert sein, das konfiguriert ist, Leistung über einen USB-Typ-A- und/oder -Typ-C-Anschluss (-Anschlüsse) bereitzustellen. In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das System 500 in einer Powerbank angeordnet und konfiguriert sein, die aufgeladen werden und dann einer weiteren elektronischen Vorrichtung über einen USB-Typ-A- oder -Typ-C-Anschluss Leistung bereitstellen kann. In anderen Ausführungsformen kann ein System wie das System 500 mit der hier beschriebenen Leistungsschalter-Gate-Steuerschaltungsanordnung konfiguriert sein und in verschiedenen anderen USB-fähigen elektronischen oder elektromechanischen Vorrichtungen angeordnet sein.
  • Es sollte erkannt werden, dass ein System wie das System 500, das in einem oder als ein IC-Controller implementiert ist, in verschiedenen Anwendungen angeordnet sein kann, die sich bezüglich des Typs der verwendeten Leitungsquelle und der Richtung, in der die Leistung zugeführt wird, unterscheiden können. Im Fall eines Kraftfahrzeug-Ladegeräts ist die Leistungsquelle z.B. eine Kraftfahrzeugbatterie, die DC-Leistung bereitstellt, während im Fall eines mobilen Leistungsadapters die Leistungsquelle eine AC-Wandsteckdose ist. Ferner findet im Fall eines PC-Leistungsadapters der Fluss der Leistungszufuhr von einer Versorgervorrichtung zu einer Verbrauchervorrichtung statt, während im Fall einer Powerbank der Fluss der Leistungszufuhr in beiden Richtungen abhängig davon stattfinden kann, ob die Powerbank als ein Leistungsversorger (z.B. um eine weitere Vorrichtung mit Leistung zu versorgen) oder als ein Leistungsverbraucher (z.B. um selbst geladen zu werden) arbeitet. Aus diesen Gründen sollten die verschiedenen Anwendungen des Systems 500 in einem veranschaulichenden anstatt in einem einschränkenden Sinn betrachtet werden.
  • 6 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 600 zum Steuern einer Gate-Source-Klemmenspannung eines Versorger-FET und zum Steuern einer Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 600 kann durch eine Verarbeitungslogik ausgeführt werden, die Hardware (z.B. eine Schaltungsanordnung, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, Mikrocode usw.), Software, Firmware oder eine Kombination daraus umfasst. In einer Ausführungsform führt ein sekundärer Gate-Treiber, der in den sekundärseitigen Controller in einem sekundärgesteuerten AC-DC-Sperrumsetzer integriert ist, das Verfahren 600 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt der sekundäre Gate-Treiber 136, der in den sekundärseitigen Controller 116 nach 1 integriert ist, das Verfahren 600 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt der NFET-Gate-Treiber 200 nach 2 das Verfahren 600 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt der sekundäre Gate-Treiber 436-a, der in den sekundären IC-Controller 416-a nach 4A integriert ist, das Verfahren 600 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt das Peripherieteilsystem 510 nach 5 das Verfahren 600 aus.
  • In 6 beginnt das Verfahren 600 durch die Verarbeitungslogik, die ein erstes Spannungssignal von einem Sperrtransformator des Leistungsumsetzers an einem Eingangsknoten, der an einen Drain eines Versorger-FET gekoppelt ist, misst oder empfängt (Block 602). Der Leistungsumsetzer kann ein sekundärgesteuerter AC-DC-Sperrumsetzer mit einer galvanischen Isolationsbarriere sein. Die Verarbeitungslogik misst oder empfängt ein zweites Spannungssignal an einem Ausgangsknoten, der an eine Source des Versorger-FET gekoppelt ist, (Block 604). Die Verarbeitungslogik steuert eine Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET (Block 606). Die Verarbeitungslogik steuert eine Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET (Block 608). Die Anstiegsgeschwindigkeit entspricht einer Gate-Kapazität des Versorger-FET. Die Verarbeitungslogik gibt ein Gate-Steuersignal an ein Gate des Versorger-FET aus (Block 610). Sobald die Verarbeitungslogik das Gate-Steuersignal ausgibt, endet das Verfahren 600.
  • In einer weiteren Ausführungsform soll das durch die Verarbeitungslogik ausgegebene Gate-Steuersignal den Versorger-FET freigeben oder sperren. In einer weiteren Ausführungsform soll das Gate-Steuersignal die Gate-Source-Spannung des Versorger-FET steuern. Das Steuern der Gate-Source-Spannung des Versorger-FET kann eine mehrstufige Ladungspumpe mit einem Regelkreis mit einem Spannungsversatz (z.B. 8 V) umfassen, um die maximale Spannung (z.B. auf 30 V) zu begrenzen und die Zuverlässigkeit der internen Schaltungen zu verbessern. In einer Ausführungsform kann die mehrstufige Ladungspumpe eine dreistufige Ladungspumpe sein. In einer Ausführungsform kann der Regelkreis ein digitaler Regelkreis sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Regelkreis ein analoger Regelkreis sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform soll das Gate-Steuersignal die Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET steuern. Das Steuern der Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET ermöglicht es, dass der Leistungsumsetzer verschiedene FET-Vorrichtungen (z.B. jene mit unterschiedlichen Gate-Kapazitäten) unterstützt. In einer Ausführungsform ist der Versorger-FET ein Versorger-NFET. In einer weiteren Ausführungsform ist der Versorger-FET ein Versorger-PFET.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 600 durch eine Leistungsversorgervorrichtung verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren 600 durch eine Leistungsverbrauchervorrichtung verwendet werden.
  • 7 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 700 zum Steuern einer Gate-Source-Klemmenspannung eines Versorger-FET und zum Steuern einer Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 700 kann durch eine Verarbeitungslogik ausgeführt werden, die Hardware (z.B. eine Schaltungsanordnung, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, Mikrocode usw.), Software, Firmware oder eine Kombination daraus umfasst. In einer Ausführungsform führt ein sekundärer Gate-Treiber, der in den sekundärseitigen Controller in einem sekundärgesteuerten AC-DC-Sperrumsetzer integriert ist, das Verfahren 700 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt der sekundäre Gate-Treiber 136, der in den sekundärseitigen Controller 116 nach 1 integriert ist, das Verfahren 700 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt der NFET-Gate-Treiber 200 nach 2 das Verfahren 700 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt der sekundäre Gate-Treiber 436-a, der in den sekundären IC-Controller 416-a nach 4A integriert ist, das Verfahren 700 aus. In einer weiteren Ausführungsform führt das Peripherieteilsystem 510 nach 5 das Verfahren 700 aus.
  • In 7 beginnt das Verfahren 700 durch die Verarbeitungslogik, die ein erstes Spannungssignal und ein zweites Spannungssignal misst. Zusätzlich oder alternativ kann die Verarbeitungslogik das erste Spannungssignal und das zweite Spannungssignal empfangen (Block 702). Das erste Spannungssignal wird an einem Eingangsknoten gemessen/empfangen, der an einen Drain eines Versorger-FET gekoppelt ist. Das zweite Spannungssignal wird an einem Ausgangsknoten gemessen/empfangen, der an eine Source des Versorger-FET gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen ist der Versorger-FET ein Versorger-NFET. In anderen Ausführungsformen ist der Versorger-FET ein Versorger-PFET. Die Verarbeitungslogik kann dann eine Gate-Source-Klemmenspannung und eine Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET steuern (Block 704). Das Programmieren der Gate-Source-Klemmenspannung und der Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET ermöglicht die Verwendung externer FETs mit einem weiten Bereich von Spannungen und Kapazitäten als den Versorger-FET. Die Verarbeitungslogik gibt ein Gate-Steuersignal aus (Block 706). Das Gate-Steuersignal wird an ein Gate des Versorger-FET gesendet, um den Versorger-FET zu steuern. Die Verarbeitungslogik kann außerdem ein Rückkopplungssignal jeder Stufe einer mehrstufigen Ladungspumpe bereitstellen (Block 708). Das Rückkopplungssignal kann durch eine Rückkopplungsschaltung bereitgestellt werden und entspricht einer internen Spannung. In einer Ausführungsform ist die Rückkopplungsschaltung Teil der Ladungspumpenschaltung (z.B. einer dreistufigen Ladungspumpenschaltung, einer mehrstufigen Ladungspumpenschaltung). In einer Ausführungsform kann die mehrstufige Ladungspumpe des sekundären Gate-Treibers das erste Spannungssignal vervielfachen, um die interne Spannung zu erhalten. Die Verarbeitungslogik stellt dann einen Ausgangsstrom dem Gate des Versorger-FET bereit (Block 710). Der Ausgangsstrom entspricht der internen Spannung. Weil der Strom ausgegeben wird, weist er eine entsprechende Anstiegsgeschwindigkeit auf. Die Anstiegsgeschwindigkeit entspricht der Gate-Kapazität des Versorger-FET. In der obigen Beschreibung sind einige Abschnitte der ausführlichen Beschreibung in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die durch die Fachleute der Datenverarbeitungstechniken verwendet werden, um anderen Fachleuten auf dem Gebiet den Inhalt ihrer Arbeit am effektivsten zu vermitteln. Ein Algorithmus wird hier und im Allgemeinen als eine in selbstkonsistente Folge von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte sind jene, die physikalische Manipulationen von physikalischen Größen erfordern. Normalerweise, obwohl nicht notwendigerweise, nehmen diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen an, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich manchmal als zweckmäßig erwiesen, in erster Linie aus Gründen der allgemeinen Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
  • Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe den entsprechenden physikalischen Größen zuzuordnen sind und lediglich zweckmäßige Bezeichnungen sind, die für diese Größen verwendet werden. Wenn es nicht spezifisch anders dargelegt ist, wie es aus der obigen Erörterung offensichtlich ist, wird erkannt, dass sich überall in der Beschreibung die Erörterungen unter Verwendung von Begriffen, wie z.B. „Empfangen“, „Einstellen“ oder dergleichen, auf die Vorgänge und Prozesse eines Rechensystems oder einer ähnlichen elektronischen Vorrichtung beziehen, die Daten, die als physikalische (z.B. elektronische) Größen innerhalb der Register und Speicher des Rechensystems dargestellt sind, manipulieren und in andere Daten transformieren, die ähnlich als physikalische Größen innerhalb der Speicher oder Register des Rechensystems oder in derartigen Informationsspeicher-, -übertragungs- oder -anzeigevorrichtungen dargestellt sind.
  • Die Worte „Beispiel“ oder „bespielhaft“ werden hier verwendet, um als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend zu bedeuten. Jeder Aspekt oder Entwurf, der hier als ein „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschrieben wird, soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen ausgelegt werden. Die Verwendung der Worte „Beispiel“ oder „beispielhaft“ ist stattdessen vorgesehen, die Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen. Der Begriff „oder“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist vorgesehen, ein einschließendes „oder“ anstatt ein ausschließendes „oder“ zu bedeuten. Das heißt, wenn es nicht anders spezifiziert oder aus dem Kontext klar ist, ist vorgesehen, dass „X enthält A oder B“ jede der natürlichen einschließenden Permutationen bedeutet. Das heißt, wenn X A enthält; X B enthält; oder X sowohl A als auch B enthält, dann ist „X enthält A oder B“ gemäß jedem der vorangehenden Fälle erfüllt. Zusätzlich sollten die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten, wenn es nicht anderes spezifiziert oder aus dem Kontext klar ist, dass sie auf eine Einzahlform gerichtet sind. Überdies ist unter Verwendung des Begriffs „eine Ausführungsform“ oder „eine einzige Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ oder „eine einzige Ausführungsform“ überall nicht vorgesehen, dass er dieselbe Ausführungsform oder Ausführungsform bedeutet, wenn sie nicht als solche beschrieben ist.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen können sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Ausführen der hier beschriebenen Operationen beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke konstruiert sein oder einen Universalcomputer umfassen, der durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm selektiv aktiviert oder rekonfiguriert wird. Ein derartiges Computerprogramm kann in einem nicht transitorischen computerlesbaren Speichermedium, wie z.B., aber nicht eingeschränkt auf, irgendeinen Typ von Platte, einschließlich Disketten, optischer Platten, CD-ROMs und magnetisch-optischer Platten, Festwertspeichern (ROMs), Schreib-Lese-Speichern (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetischen oder optischen Karten, Flash-Speicher oder irgendeinem Typ von Medien, die zum Speichern elektronischer Anweisungen geeignet sind, gespeichert sein. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ sollte so verstanden werden, dass er ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z.B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder zugeordnete Caches und Server) enthält, die einen oder mehrere Sätze von Anweisungen speichern. Der Begriff „computerlesbares Medium“ soll außerdem so verstanden werden, dass er irgendein Medium enthält, das einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine speichern, codieren oder übertragen kann, der die Maschine veranlasst, irgendeine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ soll dementsprechend so verstanden werden, dass er Festkörperspeicher, optische Medien, magnetische Medien und irgendein Medium, das einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine speichern kann, der die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen, enthält, aber nicht darauf eingeschränkt ist.
  • Die hier dargestellten Algorithmen und Anzeigen sind nicht inhärent auf irgendeinen speziellen Computer oder eine andere Vorrichtung bezogen. Verschiedene Universalsysteme können mit Programmen in Übereinstimmung mit den Lehren hierin verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig erweisen, eine spezialisiertere Vorrichtung zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte auszuführen. Die erforderliche Struktur für verschiedene dieser Systeme wird aus der Beschreibung im Folgenden sichtbar. Zusätzlich sind die vorliegenden Ausführungsformen nicht in Bezug auf irgendeine spezielle Programmiersprache beschrieben. Es wird erkannt, dass verschiedene Programmiersprachen verwendet werden können, um die hier beschriebenen Lehren der Ausführungsformen zu implementieren.
  • Die obige Beschreibung legt zahlreiche spezifische Einzelheiten dar, wie z.B. Beispiele für spezifische Systeme, Komponenten, Verfahren usw., um ein gutes Verständnis der mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es soll erkannt werden, dass die obige Beschreibung vorgesehen ist, veranschaulichend und nicht einschränkend zu sein. Viele andere Ausführungsformen werden für die Fachleute auf dem Gebiet beim Lesen und Verstehen der obigen Beschreibung offensichtlich. Der Schutzumfang der Offenbarung sollte deshalb in Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Schutzumfang der Äquivalente, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.
  • 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 16/572210 [0001]
    • US 62/890400 [0001]

Claims (20)

  1. Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer, AC-DC-Umsetzer, der Folgendes umfasst: - einen Versorger-Feldeffekttransistor (FET); - einen Transformator des AC-DC-Umsetzers, wobei der Transformator an den Versorger-FET gekoppelt ist; und - einen sekundärseitigen Controller, der an den Versorger-FET gekoppelt ist, wobei der sekundärseitige Controller einen primärseitigen FET über eine galvanische Isolationsbarriere steuern soll, wobei der sekundärseitige Controller einen Gate-Treiber mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit umfasst, wobei der Gate-Treiber an ein Gate des Versorger-FET gekoppelt ist.
  2. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 1, bei dem der Gate-Treiber Folgendes umfasst: - eine Ladungspumpenschaltung, die an einen Eingangsknoten (Vbus _IN) gekoppelt ist, wobei der Eingangsknoten an den Transformator gekoppelt ist; und - eine Rückkopplungsschaltung, die an einen Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist.
  3. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 2, bei dem der Gate-Treiber ferner Folgendes umfasst: - eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung, die an den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist und an das Gate des Versorger-FET gekoppelt ist, wobei die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung eine programmierbare Stromquelle umfasst, um die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeit zu steuern; und - eine Spannungsklemmschaltung, die zwischen das Gate des Versorger-FET und eine Source des Versorger-FET gekoppelt ist.
  4. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 2, bei dem die Rückkopplungsschaltung eine digitale Rückkopplungsschaltung ist.
  5. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 2, bei dem die Rückkopplungsschaltung eine analoge Rückkopplungsschaltung ist.
  6. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 2, bei dem die Ladungspumpenschaltung eine dreistufige Ladungspumpenschaltung ist, die eine erste Stufe, die an den Eingangsknoten gekoppelt ist, eine zweite Stufe, die an einen ersten Ausgangsknoten der ersten Stufe gekoppelt ist, und eine dritte Stufe, die an einen zweiten Ausgangsknoten der zweiten Stufe gekoppelt ist, umfasst, wobei die Rückkopplungsschaltung zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und jede der ersten Stufe, der zweiten Stufe und der dritten Stufe gekoppelt ist.
  7. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 6, bei dem die Rückkopplungsschaltung Folgendes umfasst: - einen Spannungsversatzblock, der an den Ausgangsknoten gekoppelt ist; - einen Komparator mit einem ersten Eingang, der an einen Ausgang des Spannungsversatzblocks gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, der an den Eingangsknoten gekoppelt ist; und - ein Logikgatter mit einem ersten Eingang, der an einen Ausgang des Komparators gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, der gekoppelt ist, um ein Taktsignal zu empfangen.
  8. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 3, bei dem die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung Folgendes umfasst: - eine programmierbare Stromquelle; - ein erstes Paar von FETs, die mit der programmierbaren Stromquelle zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und einem Massepotential in Reihe geschaltet sind; - ein zweites Paar von FETs; und - ein Paar von Widerstandselementen, wobei das zweite Paar von FETs und das Paar von Widerstandselementen zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und dem Massepotential in Reihe geschaltet sind, wobei ein Knoten zwischen dem Paar von Widerstandselementen an das Gate des Versorger-FET gekoppelt ist.
  9. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 3, bei dem die Spannungsklemmschaltung Folgendes umfasst: - eine erste Diode, die an eine programmierbare Stromquelle der programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung und einen ersten Knoten gekoppelt ist, wobei die programmierbare Stromquelle an den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist; - ein erstes Widerstandselement, das zwischen den ersten Knoten und die Source des Versorger-FET gekoppelt ist; - eine Stromquelle, die zwischen einen zweiten Knoten und einem Massepotential gekoppelt ist; - einen ersten FET, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei ein Gate des ersten FET an den zweiten Knoten gekoppelt ist; - ein zweites Widerstandselement, das an die Source des Versorger-FET gekoppelt ist; - einen zweiten FET, der zwischen das zweite Widerstandselement und einen dritten Knoten in Reihe geschaltet ist; - ein Paar Dioden, die zwischen den ersten Knoten und den dritten Knoten gekoppelt sind; und - eine zweite Diode, die zwischen den dritten Knoten und das Gate des Versorger-FET gekoppelt ist.
  10. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 1, bei dem der Gate-Treiber eine maximale Spannung auf 30 Volt oder kleiner begrenzen soll.
  11. AC-DC-Umsetzer nach Anspruch 1, bei dem die Source des sekundärseitigen FET an einen GND-Anschluss eines USB-C-Verbinders gekoppelt ist.
  12. Verfahren, das Folgendes umfasst: - Messen eines ersten Spannungssignals von einem Transformator an einem Eingangsknoten durch einen Gate-Treiber eines sekundärgesteuerten Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers, AC-DC-Umsetzers, wobei der Eingangsknoten an einen Drain eines Versorger-Feldeffekttransistors, Versorger-FET, gekoppelt ist; - Steuern eines primärseitigen FET über eine galvanische Isolationsbarriere durch den sekundärgesteuerten AC-DC-Umsetzer; - Messen eines zweiten Spannungssignals an einem Ausgangsknoten durch den Gate-Treiber, wobei der Ausgangsknoten an eine Source des Versorger-FET gekoppelt ist; - Steuern einer Gate-Source-Klemmenspannung des Versorger-FET durch den Gate-Treiber; - Steuern einer Anstiegsgeschwindigkeit des Versorger-FET durch den Gate-Treiber, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit einer Gate-Kapazität des Versorger-FET entspricht; und - Ausgeben eines Gate-Steuersignals an ein Gate des Versorger-FET durch den Gate-Treiber.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: - Vervielfachen des ersten Spannungssignals durch eine mehrstufige Ladungspumpe des Gate-Treibers, um eine interne Spannung zu erhalten; - Bereitstellen, durch eine Rückkopplungsschaltung des Gate-Treibers, eines Rückkopplungssignals, das der internen Spannung entspricht, jeder Stufe der mehrstufigen Ladungspumpe; und - Bereitstellen eines Ausgangsstroms für das Gate des Versorger-FET durch eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung der Treiberschaltung, wobei der Ausgangsstrom der internen Spannung entspricht, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangsstroms der Gate-Kapazität des Versorger-FET entspricht.
  14. Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Leistungsadaptervorrichtung, AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung, die Folgendes umfasst: - einen USB-C-Verbinder; - einen Transformator, der zwischen AC-Anschlüsse und DC-Anschlüsse gekoppelt ist, wobei der Transformator die AC-Leistung an den AC-Anschlüssen in DC-Leistung an den DC-Anschlüssen mit galvanischer Isolierung zwischen den AC-Anschlüssen und den DC-Anschlüssen umsetzt; - einen primärseitigen Controller, der an den Transformator gekoppelt ist; - einen sekundärseitigen Controller, der an den Transformator gekoppelt ist; und - einen sekundärseitigen Versorger-Feldeffekttransistor, Versorger-FET, wobei der sekundärseitige Controller einen Gate-Treiber mit einer programmierbaren Gate-Source-Klemmenspannung und einer programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeit umfasst, wobei der Gate-Treiber an ein Gate des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist.
  15. AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Gate-Treiber Folgendes umfasst: - eine Ladungspumpenschaltung, die an einen Eingangsknoten (Vbus _IN) gekoppelt ist, wobei der Eingangsknoten an den Transformator gekoppelt ist; und - eine Rückkopplungsschaltung, die an einen Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist.
  16. AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Gate-Treiber ferner Folgendes umfasst: - eine programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung, die an den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist und an das Gate des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist, wobei die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung eine programmierbare Stromquelle umfasst, um die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeit zu steuern; und - eine Spannungsklemmschaltung, die zwischen das Gate des sekundärseitigen Versorger-FET und eine Source des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist.
  17. AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Ladungspumpenschaltung eine dreistufige Ladungspumpenschaltung ist, die eine erste Stufe, die an den Eingangsknoten gekoppelt ist, eine zweite Stufe, die an einen ersten Ausgangsknoten der ersten Stufe gekoppelt ist, und eine dritte Stufe, die an einen zweiten Ausgangsknoten der zweiten Stufe gekoppelt ist, umfasst, wobei die Rückkopplungsschaltung zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und jede der ersten Stufe, der zweiten Stufe und der dritten Stufe gekoppelt ist.
  18. AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Rückkopplungsschaltung Folgendes umfasst: - einen Spannungsversatzblock, der an den Ausgangsknoten gekoppelt ist; - einen Komparator mit einem ersten Eingang, der an einen Ausgang des Spannungsversatzblocks gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, der an den Eingangsknoten gekoppelt ist; und - ein Logikgatter mit einem ersten Eingang, der an einen Ausgang des Komparators gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, der gekoppelt ist, um ein Taktsignal zu empfangen.
  19. AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die programmierbare Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung Folgendes umfasst: - eine programmierbare Stromquelle; - ein erstes Paar von FETs, die mit der programmierbaren Stromquelle zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und einem Massepotential in Reihe geschaltet sind; - ein zweites Paar von FETs; und - ein Paar von Widerstandselementen, wobei das zweite Paar von FETs und das Paar von Widerstandselementen zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und dem Massepotential in Reihe geschaltet sind, wobei ein Knoten zwischen dem Paar von Widerstandselementen an das Gate des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist.
  20. AC-DC-Leistungsadaptervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Spannungsklemmschaltung Folgendes umfasst: - eine erste Diode, die an eine programmierbare Stromquelle der programmierbaren Anstiegsgeschwindigkeits-Steuerschaltung und einen ersten Knoten gekoppelt ist, wobei die programmierbare Stromquelle an den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt ist; - ein erstes Widerstandselement, das zwischen den ersten Knoten und die Source des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist; - eine Stromquelle, die zwischen einen zweiten Knoten und ein Massepotential gekoppelt ist; - einen ersten FET, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei ein Gate des ersten FET an den zweiten Knoten gekoppelt ist; - ein zweites Widerstandselement, das an die Source des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist; - einen zweiten FET, der zwischen das zweite Widerstandselement und einen dritten Knoten in Reihe geschaltet ist; - ein Paar Dioden, die zwischen den ersten Knoten und den dritten Knoten gekoppelt sind; und - eine zweite Diode, die zwischen den dritten Knoten und das Gate des sekundärseitigen Versorger-FET gekoppelt ist.
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