DE112021000755T5 - Anlauferkennung für parallele Leistungskonverter - Google Patents

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Walid Fouad Mohamed Aboueldahab
Aichen Low
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Abstract

Schaltungen/Verfahren zum Steuern des Anlaufens von mehreren parallelen Leistungskonvertern, die Anlaufstrom oder Schalterüberlastung in einem hinzugefügten Leistungskonverter oder einem Leistungskonverter mit Fehlerbedingungen vermeiden. Ausführungsformen beinhalten mit Knoten in parallelen Leistungskonvertern gekoppelte Knotenstatusdetektoren zum Überwachen von Spannung/Strom und in einigen Ausführungsformen zum Parallelbetrieb mit einem die Anlauf-Ausgangsspannung eines Leistungskonverters messenden Ausgangsstatusdetektor gestaltet. Bei auf Ladungspumpen basierenden Leistungskonvertern stellen die Knotenstatusdetektoren sicher, dass die Leistungskonverter-Pumpkondensatoren geladen werden, während der Ausgangskondensator ebenfalls geladen wird. Bei solchen Ausführungsformen kann eine Sanftanlaufphase des Anlaufens als abgeschlossen betrachtet werden, wenn sowohl die gemeinsamen Ausgangskondensatoren als auch die Leistungskonverter-Pumpkondensatoren auf Sollwerte geladen sind. Ausführungsbeispiele können ebenfalls zur Fehlererkennung während des Stationärbetriebs verwendet werden.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der US-Patentanmeldung Nr. 16/807,753 , eingereicht am 3. März 2020, mit dem Titel „Startup Detection for Parallel Power Converters“, die hier vollständig durch Verweis eingeschlossen ist. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls mit den folgenden Patentanmeldungen und Patenten verwandt sein, die alle dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übereignet und deren Inhalte durch Verweis eingeschlossen sind.
    • • US-Patentanmeldung, laufende Nr. 16/791,866 , eingereicht am 14. Februar 2020, mit dem Titel „Startup of Switched Capacitor Step-Down Power Converter“, die Priorität beansprucht gegenüber der vorläufigen US-Patentanmeldung, laufende Nr. 62/971,094 , eingereicht am 6. Februar 2020, mit dem Titel „Startup of Switched Capacitor Step-Down Power Converter“;
    • • US-Patentanmeldung, laufende Nr. 16/708,112 , eingereicht am 9. Dezember 2019, mit dem Titel „Shared Comparator for Charge Pumps“;
    • • US-Patentanmeldung, laufende Nr. 16/783,800 , eingereicht am 6. Februar 2020, mit dem Titel „In-Rush Current Protected Power Converter“; und
    • • US-Patent Nr. 10,263,514 , erteilt am 16. April 2019, mit dem Titel „Selectable Conversion Ratio DC-DC Converter“.
  • HINTERGRUND
  • (1) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Schaltungen und insbesondere Leistungskonverterschaltungen.
  • (2) Hintergrund
  • Viele Elektronikprodukte, insbesondere mobile Computer- und/oder Kommunikationsprodukte/-komponenten (beispielsweise Notebooks, Ultrabooks, Tablets, LCD- und LED-Monitore) erfordern mehrere Spannungspegel. Beispielsweise erfordern gegebenenfalls Funkfrequenzsender-Leistungsverstärker relativ hohe Spannung (beispielsweise 12 V oder mehr), während logische Schaltungen gegebenenfalls einen niedrigen Spannungspegel (beispielsweise 1-2 V) erfordern. Andere Schaltungen erfordern gegebenenfalls einen mittleren Spannungspegel (beispielsweise 5-10 V).
  • Häufig werden Leistungskonverter verwendet, um eine niedrigere oder höhere Spannung aus einer gemeinsamen Stromquelle, etwa einer Batterie, zu erzeugen. Leistungskonverter, die einen niedrigeren Ausgangsspannungspegel (beispielsweise VOUT) aus einer Stromquelle mit einem höheren Spannungspegel (beispielsweise VIN) erzeugen, werden gemeinhin als Abwärtswandler bezeichnet, weil VOUT < VIN und der Konverter die Eingangsspannung abwärts wandelt. Leistungskonverter, die einen höheren Ausgangsspannungspegel aus einer Stromquelle mit einer niedrigeren Eingangsspannung erzeugen, werden gemeinhin als Aufwärtswandler bezeichnet, weil VOUT > VIN. In vielen Ausführungsformen kann ein Leistungskonverter bidirektional sein und es kann sich um entweder einen Aufwärts- oder einen Abwärtswandler handeln, je nachdem, wie eine Stromquelle mit dem Konverter verbunden ist.
  • 1A zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die einen Leistungskonverter 100 nach dem Stand der Technik beinhaltet. Im dargestellten Beispiel beinhaltet der Leistungskonverter 100 eine Konverterschaltung 102 und ein Steuergerät 104. Die Konverterschaltung 102 ist derart gestaltet, dass sie eine Eingangsspannung VIN von einer Stromquelle 106 über die Anschlüsse V1+, V1- empfängt und die Eingangsspannung VIN in eine Ausgangsspannung VOUT über die Anschlüsse V2+, V2-umwandelt. Die Ausgangsspannung VOUT ist im Allgemeinen über einen Ausgangskondensator COUT gekoppelt, über den eine Last 108 verbunden sein kann. In einigen Ausführungsformen des Leistungskonverters 100 können auch eine Hilfsschaltung (nicht dargestellt), etwa ein Vorspannungsgenerator/Vorspannungsgeneratoren, eine Taktsteuerschaltung, eine Spannungssteuerschaltung usw. ebenfalls vorhanden und mit der Konverterschaltung 102 und dem Steuergerät 104 gekoppelt sein.
  • 1B zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die eine ausführlichere Ausführungsform eines Exemplars des Leistungskonverters 100 nach dem Stand der Technik von 1A beinhaltet. Die dargestellte Konverterschaltung 102 beinhaltet eine Ladungspumpe 120. Gemäß der Verwendung in der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Ladungspumpe“ auf ein Schaltkondensatornetz, das derart gestaltet ist, dass es VIN zu VOUT verstärkt oder abwärtswandelt. Beispiele für Ladungspumpen beinhalten Vervielfacherkaskaden-, Dickson-, Teiler-, Seriell-Parallel-, Fibonacci- und Verdoppler-Schaltkondensatornetze, die alle als ein Mehrphasen- oder Einphasennetz gestaltet sein können. Ein auf einer Ladungspumpe basierender Leistungskonverter 100 verwendet Kondensatoren (in 1B nicht dargestellt) zum Übertragen von Ladung vom Eingang zum Ausgang des Leistungskonverters 100. Diese Ladungsübertragungskondensatoren sind allgemein als „Flykondensatoren“ oder „Pumpkondensatoren“ bekannt und können mit einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung des Leistungskonverters 100 gekoppelte Komponenten sein.
  • Im dargestellten Beispiel ist die Ladungspumpe 120 durch einen Spannungsregler 140 mit VOUT gekoppelt. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist ein Spannungsregler eine Schaltung, die derart gestaltet ist, dass sie automatisch einen konstanten Spannungspegel hält, und umfasst in der Regel einen Schaltregler auf Induktionsbasis. 1C zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Spannungsreglers 140 nach dem Stand der Technik mit einem Induktor L und einem Steuergerät 142 zum Steuern verschiedener Schalter Sx im Spannungsregler 140. Einzelheiten zum Betrieb des dargestellten Spannungsreglers 140 sind in der zuvor genannten Patentanmeldung mit dem Titel „Startup of Switched Capacitor Step-Down Power Converter“ dargestellt. Der Spannungsregler 140 kann autonom arbeiten oder von der Steuereinheit 104 über einen Steuersignalweg 114 gesteuert werden, um den Spannungsregler 140 zu aktivieren, zu deaktivieren und/oder neu zu konfigurieren.
  • Optional kann ein Zwischenkondensator Cvx zwischen die unmittelbaren Ausgangsanschlüsse v2+, v2- der Ladungspumpe 120 vor dem Spannungsregler 140 geschaltet sein, wenn beispielsweise Rauschen/elektromagnetische Störungen gefiltert werden müssen oder wenn Schaltungen vom unmittelbaren Ausgang VX der Ladungspumpe 120 ausgeschaltet werden. Die Kapazität des Zwischenkondensators CVX wird im Allgemeinen viel kleiner eingestellt als die Kapazität des Ausgangskondensators COUT und kleiner als die Kapazität der nachfolgend beschriebenen Ladungspumpenkondensatoren.
  • In einer ersten alternativen Ausführungsform sind die unmittelbaren Ausgangsanschlüsse v2+, v2- der Ladungspumpe 120 die Ausgänge V2+, V2- der Konverterschaltung 102 und sind durch einen Induktor (in 1B nicht dargestellt) mit dem Ausgangskondensator COUT und der Last 108 gekoppelt. (Das heißt auf den Spannungsregler 140 wird verzichtet, aber der Zwischenkondensator Cvx wird beibehalten.) In einer zweiten alternativen Ausführungsform sind die unmittelbaren Ausgangsanschlüsse v2+, v2- der Ladungspumpe 120 die Ausgänge V2+, V2- der Konverterschaltung 102 und sind direkt mit dem Ausgangskondensator COUT und der Last 108 gekoppelt. (Das heißt es wird sowohl auf den Spannungsregler 140 als auch auf den Zwischenkondensator CVX verzichtet.)
  • In einer alternativen Ausführungsform der Konverterschaltung 102 empfängt der Spannungsregler 140 direkt eine Eingangsspannung VIN von einer Spannungsquelle 106 über seine Anschlüsse v1+, v1-. (Das heißt es wird auf die Ladungspumpe 120 und den Zwischenkondensator CVX verzichtet.)
  • Wie in 1A dargestellt empfängt das Steuergerät 104 eine Menge von Eingangssignalen und erzeugt eine Menge von Ausgangssignalen. Einige dieser Eingangssignale kommen über einen mit der Konverterschaltung 102 verbundenen Signalweg 110 an. Diese Eingangssignale enthalten Informationen, die den Betriebszustand der Konverterschaltung 102 angeben. Das Steuergerät 104 empfängt ebenfalls wenigstens ein Taktsignal CLK und ein oder mehrere externe Eingangs-/Ausgangssignale I/O, die analog, digital oder eine Kombination aus beidem sein können. Auf der Basis der empfangenen Eingangssignale erzeugt das Steuergerät 104 eine Menge von Steuersignalen zurück zur Konverterschaltung 102 auf dem Signalweg 110, welche die internen Komponenten der Konverterschaltung 102 (beispielsweise interne Schalter, etwa Niederspannungs-FETs, insbesondere MOSFETs) steuern, um zu bewirken, dass die Konverterschaltung 102 VIN zu VOUT verstärkt oder abwärts wandelt. In einigen Ausführungsformen kann eine Hilfsschaltung (nicht dargestellt) verschiedene Signale an das Steuergerät 104 (und optional direkt an die Konverterschaltung 102), etwa das Taktsignal CLK, die Eingangs-/Ausgangssignale I/O, sowie verschiedene Spannungen, etwa eine allgemeine Versorgungsspannung VDD und eine Transistorvorspannung VBIAS, liefern. Wie in 1B kann ein zusätzlicher Steuersignalweg 114 einen Spannungsregler 140 steuern, falls vorhanden.
  • Im Allgemeinen arbeitet ein Leistungskonverter 100 in einem von drei verschiedenen Zuständen: einem stationären Zustand, einem Abschaltzustand und einem Anlaufzustand. Im stationären oder „normalen“ Betriebszustand empfängt der Leistungskonverter 100 eine Eingangsspannung VIN und wandelt sie in eine Ausgangsspannung VOUT um. In diesem stationären oder „normalen“ Betriebszustand sollte der Leistungskonverter 100 in der Lage sein, bis zur vollen von der Last 108 geforderten Ausgangsleistung zu liefern. Im Abschaltzustand ist der Leistungskonverter 100 deaktiviert und es erfolgt keine Spannungsumwandlung oder Leistungsabgabe. Im Anlaufzustand wird der Schaltungsbetrieb im Leistungskonverter 100 aktiviert, um gegebenenfalls Energie von der Spannungsquelle am Eingang zur Ausgangsspannung in einer begrenzten oder reduzierten Leistungsabgabe zu übertragen, das heißt um vom Abschaltzustand zum stationären Betrieb zu wechseln.
  • In ähnlicher Weise arbeitet die Ladungspumpe 120 eines Leistungskonverters 100 in einem von drei verschiedenen Zuständen: einem stationären Zustand, einem Abschaltzustand und einem Anlaufzustand. Im stationären oder „normalen“ Betriebszustand empfängt solch eine Ladungspumpe 120 eine Eingangsspannung VIN und wandelt diese durch Schalten von Verbindungen der Pumpkondensatoren zwischen zwei Taktphasen in eine unmittelbare Ausgangsspannung VX oder in eine endgültige Ausgangsspannung VOUT, je nach Konfiguration des Leistungskonverters 100, um. Im stationären oder „normalen“ Betriebszustand sollte die Ladungspumpe 120 in der Lage sein, bis zur vollen von der Last 108 geforderten Ausgangsleistung zu liefern. Im Abschaltzustand erfolgt keine Ladungspumpen-Schaltaktivität. Im Anlaufzustand wird der Schaltungsbetrieb aktiviert, um zu bewirken, dass die Ladungspumpe 120 mit dem Schalten beginnt, um Ladung von der Spannungsquelle am Eingang zur Ausgangsspannung unter Verwendung der Pumpkondensatoren in einer begrenzten oder reduzierten Leistungsabgabe zu übertragen, das heißt um vom Abschaltzustand zum stationären Betrieb zu wechseln. In diesem Anlaufzustand werden die Pumpkondensatoren und Ausgangskondensatoren auf die im stationären Betrieb erwarteten Spannungspegel vorgeladen.
  • Während eines Anlaufzustands muss ein Leistungsrichter 100 auf der Basis einer Ladungspumpe 120 sowohl die Spannungen an den Pumpkondensatoren in Bezug auf COUT ausrichten und die Spannung VOUT auf einen gewünschten Pegel nahe genug an einer stationären Sollspannung bringen, bevor die Ladungspumpe 120 bereit zum Wechseln zum stationären Betrieb ist. Der Anlaufzustand kann einen Vorschaltzeitraum beinhalten, in dem einige Schaltungen in der Ladungspumpe 120 aktiv sind, aber das Schalten der Ladungspumpe deaktiviert ist (wobei das Schalten der Ladungspumpe als Anwenden von Taktwellenformen wie vom Steuergerät 104 erzeugt zum Steuern von internen Vorgängen in der Ladungspumpe 120 definiert ist), und einen nachfolgenden Schaltzeitraum, in dem das Schalten der Ladungspumpe aktiviert ist, aber in einem Modus mit reduzierter Leistungsabgabe und begrenztem Versorgungsstrom.
  • In den meisten Fällen schaltet die Ladungspumpe 120 im Leistungskonverter 100 mit allen Kondensatoren (Pumpenkondensatoren und Ausgangskondensator COUT) voll entladen ein, was als „ausgeglichener“ Zustand betrachtet wird. Andernfalls kann es, insbesondere bei Abwärtswandlern, erforderlich sein, die Spannung an den Pumpkondensatoren in Bezug auf die Spannung am Ausgangskondensator COUT abzugleichen, bevor das Schalten beginnt, um einen zu hohen Anlaufstrom und/oder eine Schalterüberlastung zu vermeiden. Der Abgleich beinhaltet das Einstellen der Spannung an jedem der Pumpkondensatoren auf annähernde Sollvielfache der Spannung VOUT am Ausgangskondensator COUT durch Entladen und/oder Vorladen der Pumpkondensatoren, entweder gleichzeitig oder nacheinander, vor Beginn des Ladungspumpen-Schaltvorgangs. Wenn eine Spannungsabgleichschaltung implementiert ist, wie im zuvor genannten eingeschlossenen Patent „Startup of Switched Capacitor Step-Down Power Converter“ beschrieben, schalten die Ladungspumpen 120 im Allgemeinen stabil in einer breiten Vielfalt von Ausgangsbedingungen, die als unabgeglichen gelten. In einigen Ausführungsformen kann ein Anlaufstatusdetektor (nicht dargestellt) verwendet werden, um VOUT zu messen und ein Ausgangsmarkierungssignal (beispielsweise eine Signalleitung, die von einer logischen „0“ zu einer logischen „1“ wechselt) zu liefern, wenn eine gewünschte Ausgangsspannungsbedingung erfüllt ist. Das Ausgangsmarkierungssignal kann als eine erforderliche Bedingung berücksichtigt werden, bevor ein stationärer Betrieb der Ladungspumpe 102 mit voller Leistung ermöglicht wird. (Die anderen Bedingungen können ebenfalls erforderlich sein, um einen stationären Betrieb der Ladungspumpe 102 mit voller Leistung zu ermöglichen.)
  • Bei Anwendungen, bei denen eine höhere Ausgangsleistung gewünscht ist, können mehrere Leistungskonverter 100 parallel geschaltet werden, um einen höheren Laststrom zu liefern. Bei anderen Anwendungen (beispielsweise Energy Harvesting) können mehrere Leistungskonverter 100 geschaltet werden, beinhaltend ähnliche oder verschiedene Exemplare des Leistungskonverters 100 je nach Bedarf, um eine breitere Vielfalt von Ausgangsanforderungen unter verschiedenen oder variierenden Betriebsbedingungen zu erfüllen. 2 zeigt beispielsweise ein Blockdiagramm einer Schaltung 200, die mehrere parallele Leistungskonverter 100_1 ... 100_n nach dem Stand der Technik beinhaltet, wobei n > 1. In diesem Beispiel liegt eine Eingangsspannung VIN_x an jedem der n Leistungskonverter 100_x an, von denen jeder eine entsprechende Ausgangsspannung VOUT_x an jeweiligen Ausgangskondensatoren COUT_x erzeugt, wenn für den Betrieb freigegeben. Die Eingänge VIN_x zu den Leistungskonvertern 100_x können von verschiedenen Spannungsquellen stammen oder können von einem oder mehreren der Leistungskonverter 100_x gemeinsam genutzt werden. Beispielsweise können alle Eingänge zu den Leistungskonvertern 100_x zu einer einzigen Spannungsquelle verbunden sein wie durch die gestrichelte Linie zwischen VIN_1 und VIN_n dargestellt.
  • Im dargestellten Beispiel werden die Ausgänge VOUT_x der Leistungskonverter 100_x gemeinsam genutzt (das heißt direkt an einem Lastknoten LN verbunden), ohne zusätzliche Trennschalter zwischen den jeweiligen Ausgängen VOUT_x der Leistungskonverter 100_x und des Lastknotens LN vorzusehen. Solche Trennschalter erhöhen die Schaltungsgröße und -komplexität und beeinträchtigen gegebenenfalls die stationäre Leistung. Bei einem Anlaufen mit direkt parallel geschalteten Leistungskonvertern 100_1 ... 100_n (das heißt keine Reihenschalter zwischen den VOUT-Ausgängen und dem Lastknoten LN) können potentielle Probleme auftreten, die zu einem zu hohen Anlaufstrom und/oder einer Schalterüberlastung in einem oder mehreren Leistungskonvertern 100_x führen können.
  • Beispielsweise kann der Fall eintreten, dass alle Leistungskonverter 100_x gleichzeitig anlaufen, aber an einem oder mehreren der Leistungskonverter 100_x wenigstens eine oder mehrere Fehlerereignisse auftreten, etwa ein defekter Pumpkondensator. (Beispielsweise kann ein externer Pumpkondensator nicht ordnungsgemäß mit einer Leiterplatte verlötet sein, auf der sich eine Ausführungsform einer integrierten Schaltung eines zugehörigen Leistungskonverters 100 befindet.) Während des Anlaufzustands wird die Spannung des Lastknotens LN von intakten Leistungskonvertern 100_x auf den gewünschten stationären Wert von VOUT geladen. Ein mit VOUT_x eines entsprechenden Leistungskonverters 100_x, beinhaltend den/die defekten Leistungskonverter, gekoppelter Anlaufstatusdetektor (nicht dargestellt) würde erkennen, wenn die gemeinsame Spannung VOUT einen ausreichenden Pegel erreicht, und würde ein Ausgangsmarkierungssignal an den verknüpften Leistungskonverter 100_x liefern, wodurch vorzeitig ein stationärer Betrieb mit voller Leistung ermöglicht wird. Dies kann zu hohen Anlaufströmen und/oder einer Schalterüberlastung im bereits defekten Leistungskonverter/in den bereits defekten Leistungskonvertern führen.
  • Als ein weiteres Beispiel werden in einigen Ausführungsformen die Leistungskonverter 100_x gegebenenfalls nicht gleichzeitig gestartet, sondern in einer Reihenfolge (möglicherweise auch in einer zufälligen Reihenfolge). Somit wird wenigstens einer der Leistungskonverter 100_x eingeschaltet und zur Menge von aktivierten Leistungskonvertern 100_x hinzugefügt, wenn die gemeinsame Spannung am Lastknoten LM bereits den vollen Wert VOUT erreicht hat oder annähernd erreicht hat. Ein Anlaufstatusdetektor für den hinzugefügten Leistungskonverter 100_x erkennt die gemeinsame Spannung VOUT und liefert ein Ausgangsmarkierungssignal an den verknüpften Leistungskonverter 100_x, wodurch der stationäre Betrieb mit voller Leistung vorzeitig ermöglicht wird. Wenn der hinzugefügte Leistungskonverter 100_x eine Ladungspumpe 120 beinhaltet, kann ein vorzeitiges Ermöglichen des stationären Betriebs mit voller Leistung erfolgen, bevor die Spannungen an den Pumpkondensatoren des Leistungskonverters 100_x ausreichend mit der Spannung VOUT abgeglichen sind. Auch diese Bedingung kann zu hohen Anlaufströmen und einer Schalterüberlastung in der Ladungspumpe 120 des hinzugefügten Leistungskonverters 100_x führen.
  • Ähnliche Probleme können auftreten, wenn Unterschiede zwischen den Leistungskonvertern 100_x auftreten (die nicht notwendigerweise identische Schaltungen für ihre jeweiligen Konverterschaltungen 102 haben müssen), etwa bei Kondensator- oder Induktorwerten, Anlaufzeitabweichungen, Abweichungen zwischen mehreren Anlaufstatusdetektoren usw. Selbst wenn an den Leistungskonvertern 100_x kein Fehlerereignis vorliegt und diese genau gleichzeitig eingeschaltet werden, können Unterschiede oder Abweichungen bewirken, dass ein Leistungskonverter die gemeinsame Spannung VOUT schneller anhebt als ein anderer. „Langsamere“ Leistungskonverter neigen dazu, Strom von den direkt gekoppelten Ausgängen abzuzweigen, während „schnellere“ Leistungskonverter versuchen, ihn zu halten, was zu einer erhöhten Wärmeabgabe und Leistungsverschwendung führt. Ferner können Abweichungen zwischen den Anlaufstatusdetektoren der parallelen Leistungskonverter 100_x bewirken, dass ein Leistungskonverter 100_x mit einem Anlaufstatusdetektor mit einem niedrigeren Schwellenwert früher zum stationären Betrieb mit voller Leistung wechselt als einer mit einem Anlaufstatusdetektor mit einem höheren Schwellenwert. Dies erhöht die Möglichkeit einer weiteren Wärmeabgabe und Leistungsverschwendung und kann dazu führen, dass „langsamere“ Leistungskonverter vorzeitig zum stationären Betrieb mit voller Leistung wechseln.
  • Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, das Anlaufen mehrerer parallel verschalteter Leistungskonverter 100_x mit direkt gekoppelten Ausgängen so zu steuern, dass die oben genannten Probleme vermieden werden, um einen zu hohen Anlaufstrom, eine Schalterüberlastung in einem Leistungskonverter und eine Wärmeabgabe zu minimieren oder zu verhindern. Die vorliegende Erfindung adressiert diese Notwendigkeit und bietet eine Reihe von Vorteilen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet Schaltungen und Verfahren zum Steuern des Anlaufens von mehreren parallelen Leistungskonvertern mit direkt gekoppelten Ausgängen, die unter anderem einen frühzeitigen Stationärbetrieb durch einen oder alle der parallelen Leistungskonverter verhindert, um Probleme wie zu hohe Anlaufströme, Schalterüberlastung in einem Leistungskonverter und/oder Wärmeableitung zu vermeiden oder minimieren.
  • Ein Aspekt von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft die Einführung von Knotenstatusdetektoren, die mit vorgewählten Knoten in einigen oder allen parallelen Leistungskonvertern zum Überwachen von Spannung und/oder Strom gekoppelt sind, und die in einigen Ausführungsformen derart gestaltet sind, dass sie mit einem Ausgabestatusdetektor zum Messen der Ausgangsspannung (beispielsweise VOUT und/oder VX) eines zugehörigen Leistungskonverters während des Anlaufens parallel arbeiten. Bei Leistungskonvertern, die eine Ladungspumpe beinhalten, stellen die Knotenstatusdetektoren sicher, dass die Pumpkondensatoren von jedem Leistungskonverter entsprechend geladen werden, während der Ausgangskondensator COUT ebenfalls geladen wird. In solchen Ausführungsformen kann eine Sanftanlaufphase als beendet angesehen werden, wenn sowohl die gemeinsamen Ausgangskondensatoren als auch die Pumpkondensatoren von jedem Leistungskonverter auf einen vorgewählten Prozentwert der Sollstationärwerte geladen sind.
  • Im Allgemeinen ist ein Knotenstatusdetektor mit einem oder mehreren internen Knoten eines zugehörigen Leistungskonverters zum Messen einer Spannung und/oder eines Stroms an solchen Knoten gekoppelt, um zu bestimmen, ob die Pumpkondensatoren des Leistungskonverters während der Sanftanlaufphase entsprechend geladen werden. Zusätzlich ist ein Ausgangsstatusdetektor mit der Ausgangsspannung eines zugehörigen Leistungskonverters zum Messen der Ausgangsspannung gekoppelt, um zu bestimmen, ob der Ausgangskondensator COUT während der Sanftanlaufphase entsprechend geladen wird.
  • Die Knotenstatusdetektoren sind derart gestaltet, dass sie ein oder mehrere Knotenmarkierungssignale erzeugen, wenn die gemessene(n) Spannung(en) oder der gemessene Strom/die gemessenen Ströme am internen Knoten/an den internen Knoten ausreicht/ausreichen, um ein Anlaufen zum Fortsetzen zum stationären Betrieb mit voller Leistung zu ermöglichen. Ebenso sind die Ausgangsstatusdetektoren derart gestaltet, dass sie ein Ausgangsmarkierungssignal erzeugen, wenn die gemessene Ausgangsspannung ausreicht, um ein Anlaufen zum Fortsetzen zum stationären Betrieb mit voller Leistung zu ermöglichen. Die Ausgangs- und Knotenmarkierungssignale sind mit einer zugehörigen Statusvalidierungsschaltung gekoppelt, die ein logisches StartUpOK-Signal (beispielsweise eine binäre „1“) nur dann erzeugt, wenn alle Markierungssignale vom Knotenstatusdetektor und Ausgangsstatusdetektor aktiviert wurden, was angibt, dass die gemeinsamen Ausgangskondensatoren COUT und die Pumpkondensatoren von jedem Leistungskonverter auf einen vorgewählten Prozentwert der Sollstationärwerte geladen sind. Jedes StartUpOK-Signal kann mit einem zugehörigen Leistungskonverter gekoppelt sein und kann, wenn es ausgegeben worden ist, als eine erforderliche Bedingung berücksichtigt werden, bevor der zugehörige Leistungskonverter freigegeben wird, um den Anlaufzustand abzuschließen und zum stationären Betrieb mit voller Leistung fortzusetzen.
  • Die Kriterien für das Aktivieren des StartUpOK-Signals durch eine Statusvalidierungsschaltung auf Basis des empfangenen Markierungssignals/der empfangenen Markierungssignale von den Knotenstatusdetektoren und Ausgangsstatusdetektoren können (unter anderem) beinhalten, ob sich die Ausgangsspannung eines zugehörigen Leistungskonverters innerhalb eines vordefinierten Toleranzwerts seines Regelsollwerts befand (üblicherweise weniger genau als die stationäre Genauigkeit), ob Fehler während der Sanftanlaufphase aufgetreten sind oder nicht und/oder ob sich interne Knotenwerte oder -ströme des Konverters innerhalb von erwarteten Sollwerten befinden. Ferner kann das StartUpOK-Signal von jedem Leistungskonverter in einem System von mehreren direkt verbundenen parallelen Leistungskonvertern mit einer Systemstatus-Validierungsschaltung gekoppelt sein, die ein logisches SysStartUpOK-Signal (beispielsweise eine binäre „1“) nur dann erzeugt, wenn alle StartUpOk-Signale ausgegeben wurden. Das Aktivieren von SysStartUpOk gibt an, dass jeder direkt verbundene parallel verschaltete Leistungskonverter den Anlaufzustand erfolgreich durchlaufen hat. Das Aktivieren von SysStartUpOk kann optional verwendet werden, um den Wechsel von jedem Leistungskonverter im System zum stationären Betrieb mit voller Leistung zu synchronisieren.
  • Die Einzelheiten von einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen hervor.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die einen Leistungskonverter nach dem Stand der Technik beinhaltet.
    • 1B zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die eine ausführlichere Ausführungsform eines Beispiels des Leistungskonverters nach dem Stand der Technik von 1A beinhaltet.
    • 1C zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Spannungsreglers nach dem Stand der Technik mit einem Induktor L und einem Steuergerät zum Steuern von einem oder mehreren Schaltern Sx im Spannungsregler.
    • 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die mehrere parallel geschaltete Leistungskonverter nach dem Stand der Technik beinhaltet.
    • 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die mehrere mit verknüpften Knotenstatusdetektoren und Ausgangsstatusdetektoren gekoppelte parallele Schaltkondensator-Leistungskonverter beinhaltet.
    • 4A zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Ladungspumpe beinhaltend eine einphasige symmetrische Vervielfacherkaskade, die in einem oder mehreren der parallel verschalteten Leistungskonverter von 3 verwendet werden kann.
    • 4B zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiphasigen Ladungspumpe mit wählbarem Umwandlungsverhältnis, die in einem oder mehreren der parallel verschalteten Leistungskonverter von 3 verwendet werden kann.
    • 5A zeigt ein schematisches Diagramm eines Referenzspannungsgenerators.
    • 5B zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Ausgangsstatusdetektors.
    • 5C zeigt ein schematisches Diagramm eines insbesondere für die Verwendung mit der zweiphasigen Ladungspumpe von 4B angepassten Knotenstatusdetektors.
    • 5D zeigt ein äquivalentes Schaltbild des Spannungsteilernetzes von 5C.
    • 5E zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines auf einer Abtast- und Halteschaltung basierenden Knotenstatusdetektors.
    • 5F zeigt eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Darstellung einer möglichen Beziehung des Abtasttaktsignals von 5E im Vergleich zu einem zweiphasigen Ladungspumpen-Taktgeber.
    • 6 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausgangsstatusdetektors (von 5B) und zwei Beispielen eines mit einer Statusvalidierungsschaltung gekoppelten Knotenstatusdetektors (von 5C).
    • 7 zeigt ein Prozessfließbild zur Darstellung eines ersten Verfahrens zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen.
    • 8 zeigt ein Prozessfließbild zur Darstellung eines zweiten Verfahrens zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen.
    • 9 zeigt ein Prozessfließbild zur Darstellung eines dritten Verfahrens zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen.
  • Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet Schaltungen und Verfahren zum Steuern des Anlaufens von mehreren parallelen Leistungskonvertern mit direkt gekoppelten Ausgängen, die unter anderem einen frühzeitigen Stationärbetrieb durch einen oder alle der parallelen Leistungskonverter verhindert, um Probleme wie zu hohe Anlaufströme, Schalterüberlastung in einem Leistungskonverter und/oder Wärmeableitung zu vermeiden oder minimieren.
  • Allgemeine Ausführungsform
  • Im Allgemeinen beinhaltet der Anlaufzustand für einen Leistungskonverter eine Sanftanlaufphase, in welcher der Betrieb des Leistungskonverters nahe dem stationären Zustand ist, aber mit reduzierter oder begrenzter Leistungs-/Stromlieferung an den Ausgang. Die Sanftanlaufphase ist besonders vorteilhaft, wenn ein Fehler beim Anlaufen auftritt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Sanftanlaufens prüft der Leistungskonverter, ob er den Sanftanlaufzustand beenden soll. Wenn das Anlaufen als erfolgreich absolviert beurteilt wurde, wechselt der Leistungskonverter vom Sanftanlaufzustand zum Stationärzustand, in dem die volle Leistungslieferung beginnen kann. Andernfalls schaltet der Leistungskonverter gegebenenfalls ab oder wechselt zu einem Zwischenzustand der Abkühlung, bevor er wieder zum Sanftanlauf wechselt und erneut ein Anlaufen versucht.
  • Leistungskonverter nach dem Stand der Technik basieren vor allem auf dem Messen, dass eine Ausgangsspannung (beispielsweise VOUT und/oder VX) einen Regelsollwert innerhalb einer vordefinierten Toleranz (beispielsweise 80 %) als Kriterium für das Verlassen der Sanftanlaufphase erreicht hat. Dies ist ein einfacher, platzsparender und kostengünstiger Ansatz, da die meisten Leistungskonverter bereits Schaltungen zur Überwachung der Ausgangsspannung VOUT während des stationären Betriebs beinhalten. Wie oben beschrieben wurde jedoch erkannt, dass die Messung einer Ausgangsspannung als einziges Kriterium für das Abschließen der Sanftanlaufphase bei direkt verbundenen parallel verschalteten Leistungskonvertern mit direkt gekoppelten Ausgängen nicht ausreichend zuverlässig sein kann. Ferner wurde erkannt, dass das Einfügen von zusätzlichen Schaltern in Reihe zwischen den jeweiligen Ausgängen der Leistungskonverter und des Lastknotens LN zum Steuern, wann ein Leistungskonverter mit anderen Leistungskonvertern gekoppelt wird, Leistungsverluste während des stationären Betriebs erhöht.
  • Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnisse betrifft ein Aspekt von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Einführung von Knotenstatusdetektoren, die mit vorgewählten Knoten in einigen oder allen parallelen Leistungskonvertern 100_x zum Überwachen von Spannung und/oder Strom gekoppelt sind, und in einigen Ausführungsformen derart gestaltet sind, dass sie mit einem Ausgabestatusdetektor zum Messen der Ausgangsspannung eines zugehörigen Leistungskonverters 100_x während des Anlaufens parallel arbeiten. Bei Leistungskonvertern, die eine Ladungspumpe beinhalten, stellen die Knotenstatusdetektoren sicher, dass die Pumpkondensatoren von jedem Leistungskonverter 100_x entsprechend geladen werden, während der Ausgangskondensator COUT ebenfalls geladen wird. In solchen Ausführungsformen kann die Sanftanlaufphase als beendet angesehen werden, wenn sowohl die gemeinsamen Ausgangskondensatoren als auch die Pumpkondensatoren von jedem Leistungskonverter 100_x auf einen vorgewählten Prozentwert der Sollstationärwerte geladen sind. Im Allgemeinen ist die gemessene Ausgangsspannung VOUT. In Leistungskonverterschaltungen, die einige Schaltungselemente (beispielsweise einen Induktor) zwischen dem unmittelbaren Ausgang VX der Ladungspumpe 120 und der endgültigen Ausgangsspannung VOUT des Leistungskonverters 100 beinhalten, kann die gemessene Ausgangsspannung der unmittelbare Ausgang x vor der hinzugefügten Schaltung sein. Der Kürze halber ist in der restlichen Offenbarung „VOUT“ so zu verstehen, dass es beide Fälle einschließt, sofern nicht ausdrücklich anders vermerkt.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung 300, die mehrere parallel geschaltete Leistungskonverter 100_1 ... 100_n, gekoppelt mit zugehörigen Knotenstatusdetektoren 302_1 ... 302_n und Ausgabestatusdetektoren 304_1 ... 304_n, beinhaltet. Wie dargestellt ähnelt die Schaltung 300 der Schaltung 200 von 2, wobei eine Eingangsspannung VIN_x an jedem der n Leistungskonverter 100_x anliegt, die jeweils eine entsprechende Ausgangsspannung VOUT_x an jeweiligen Ausgangskondensatoren COUT_x erzeugen, wenn für den Betrieb freigegeben. Wie in 2 werden die Ausgänge VOUT_x der Leistungskonverter 100_x gemeinsam genutzt (das heißt sind direkt an einem Lastknoten LN zusammengeschaltet). Die Eingänge VIN_x zu den Leistungskonvertern 100_x können von verschiedenen Spannungsquellen stammen oder können von einem oder mehreren der Leistungskonverter 100_x gemeinsam genutzt werden (beispielsweise einfach zu einer einzigen Spannungsquelle zusammengeschaltet sein). Jeder Knotenstatusdetektor 302_x ist mit einem oder mehreren internen Knoten eines zugehörigen Leistungskonverters 100_x zum Messen einer Spannung und/oder eines Stroms an solchen Knoten gekoppelt, um zu bestimmen, ob die internen Knoten oder Komponenten des Leistungskonverters 100_x während der Sanftanlaufphase entsprechend geladen werden. Zusätzlich kann wie dargestellt ein optionaler Ausgangsstatusdetektor 304_x mit der Ausgangsspannung VOUT_x eines zugehörigen Leistungskonverters 100_x zum Messen der Ausgangsspannung gekoppelt sein, um zu bestimmen, ob der Ausgangskondensator COUT_x während der Sanftanlaufphase entsprechend geladen wird.
  • Die Knotenstatusdetektoren 302_x sind derart gestaltet, dass sie ein oder mehrere Knotenmarkierungssignale erzeugen, wenn die gemessene(n) Spannung(en) oder der gemessene Strom/die gemessenen Ströme am internen Knoten/an den internen Knoten ausreicht/ausreichen, um ein Anlaufen zum Fortsetzen zum stationären Betrieb mit voller Leistung zu ermöglichen. Ebenso sind die Ausgangsstatusdetektoren 304_x derart gestaltet, dass sie ein Ausgangsmarkierungssignal erzeugen, wenn die gemessene Ausgangsspannung VOUT_x ausreicht, um ein Anlaufen zum Fortsetzen zum stationären Betrieb mit voller Leistung zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen können die Funktionen des Knotenstatusdetektors 302_x und des Ausgangsstatusdetektors 304_x im Steuergerät 104 (dargestellt in 1A) für jeden Leistungskonverter 100_x integriert sein. In anderen Ausführungsformen können der Knotenstatusdetektor 302_x und der Ausgangsstatusdetektor 304_x für jeden Leistungskonverter 100_x eine eigenständige Schaltung sein.
  • Die in 3 dargestellten Ausgangs- und Knotenmarkierungssignale sind mit einer zugehörigen Statusvalidierungsschaltung 306_1 ... 306_n, jeweils einem jeweiligen Leistungskonverter 100_7 ... 100_n entsprechend, gekoppelt. Die Statusvalidierungsschaltungen 306_x können beispielsweise als ein AND-Gate ausgeführt sein, das ein logisches StarfUpOK_x-Signal (beispielsweise eine binäre „1“) nur dann erzeugt, wenn alle Markierungssignale vom Knotenstatusdetektor 302_x und Ausgabestatusdetektor 304_x (falls vorhanden) ausgegeben wurden, was angibt, dass der jeweilige Ausgangskondensator COUT_x und die internen Knoten oder Komponenten in jedem Leistungskonverter 100_x auf einen vorgewählten Prozentwert der Sollstationärwerte geladen sind. (Der entgegengesetzte logische Zustand für das StartUpOK_x-Signal, etwa eine binäre „0“, gibt hingegen an, dass der vorgewählte Ladungspegel noch nicht erreicht ist.) Jedes StartUpOK_x-Signal ist mit einem zugehörigen Leistungskonverter 100_x gekoppelt dargestellt und kann als eine erforderliche Bedingung berücksichtigt werden, bevor der zugehörige Leistungskonverter 100_x freigegeben wird, um den Anlaufzustand abzuschließen und zum stationären Betrieb mit voller Leistung fortzusetzen. Die Statusvalidierungsschaltungen 306_x können beispielsweise ebenfalls als ein verriegeltes Logikelement ausgeführt sein, das ein verriegeltes logisches StartUpOK_x-Signal erzeugt, sobald alle Markierungssignale vom Knotenstatusdetektor 302_x und Ausgabestatusdetektor 304_x ausschließlich während des Anlaufzustands aktiviert wurden. Dadurch werden der Knotenstatusdetektor 302_x und der Ausgabestatusdetektor 304_x zur Verwendung für andere Überwachungszwecke in anderen Betriebszuständen wie dem stationären freigegeben. Es sollte klar sein, dass natürlich auch andere wohlbekannte Schaltungen verwendet werden können, um zu erfassen, ob die Markierungssignale vom Knotenstatusdetektor 302_x und Ausgabestatusdetektor 304_x (falls vorhanden) eines entsprechenden Leistungskonverters 100_x alle aktiviert wurden, und um als Reaktion ein entsprechendes StartUpOK_x-Signal zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen können die Funktionen von jeder Statusvalidierungsschaltung 306_x im Steuergerät 104 (dargestellt in 1A) für jeden Leistungskonverter 100_x integriert sein. In weiteren Ausführungsformen kann jede Statusvalidierungsschaltung 306_x eine eigenständige Schaltung sein.
  • Die Kriterien für das Ausgeben des StartUpOK-Signals durch eine Statusvalidierungsschaltung 306_x auf der Basis der empfangenen Markierungssignale von den Knotenstatusdetektoren 302_x und Ausgangsstatusdetektoren 304_x können (unter anderem) beinhalten, ob sich die Ausgangsspannung VOUT eines zugehörigen Leistungskonverters 100_x innerhalb eines vordefinierten Toleranzwerts seines Regelsollwerts befand (üblicherweise weniger genau als die stationäre Genauigkeit), ob Fehler während der Sanftanlaufphase aufgetreten sind oder nicht und/oder ob sich interne Knotenwerte oder -ströme des Konverters innerhalb von erwarteten Sollwerten befinden.
  • 3 zeigt ebenfalls eine optionale Konfiguration (durch gestrichelte Linien dargestellt), in der jedes Signal StartUpOK_x mit einer Systemstatus-Validierungsschaltung 308 gekoppelt ist. Die Systemstatus-Validierungsschaltung 308 kann beispielsweise als ein AND-Gate ausgeführt sein, das ein logisches SysStartUpOK-Signal (beispielsweise eine binäre „1“) nur dann erzeugt, wenn alle StartUpOk-Signale aktiviert wurden. (Der entgegengesetzte logische Zustand für das SysStartUpOK_x-Signal, etwa eine binäre „0“, gibt hingegen an, dass nicht alle StartUpOk-Signale aktiviert wurden.) Dementsprechend gibt das Aktivieren des SysStartUpOk-Signals an, dass jeder Leistungskonverter 100_x den Anlaufzustand erfolgreich durchlaufen hat. Im dargestellten Beispiel ist das SysStartUpOk-Signal mit jedem Leistungskonverter 100_x gekoppelt und somit kann das Aktivieren des SysStartUpOk-Signals optional verwendet werden, um den Wechsel von jedem Leistungskonverter 100_x im System zum stationären Betrieb mit voller Leistung zu synchronisieren. In einigen Ausführungsformen können die Funktionen der Systemstatus-Validierungsschaltung 308 des Systems im Steuergerät 104 (dargestellt in 1A) für jeden Leistungskonverter 100_x integriert sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Systemstatus-Validierungsschaltung 308 eine eigenständige Schaltung sein.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Anlaufen der direkt verbundenen parallelen Leistungskonverter 100_x gleichzeitig, nacheinander oder nach dem Zufallsprinzip erfolgen (beispielsweise je nach Bedarf, etwa wenn nur einige Leistungskonverter 100_x erforderlich sind, um Leistung an andere Schaltungen während einer bestimmten Zeit zu liefern). Die Konverterschaltung 102 (siehe 1) der Leistungskonverter 100_x muss nicht aus identischen Typen oder Exemplaren bestehen; es ist aber üblich, dass die Konverterschaltung 102 den gleichen Typ hat, wenn der Hauptzweck der direkt verbundenen parallel verschalteten Leistungskonverter 100 x im Liefern von mehr Leistung besteht.
  • Vervielfacherkaskaden-Ausführungsformen
  • Die zuvor beschriebenen Grundsätze in Bezug auf Knotenstatusdetektoren und Statusvalidierungslogik sind durch Bezugnahme auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen noch besser nachvollziehbar. 4A zeigt beispielsweise ein schematisches Diagramm 400 einer Ausführungsform einer Ladungspumpe 120 beinhaltend eine einphasige symmetrische Vervielfacherkaskade, die in einem oder mehreren der parallel verschalteten Leistungskonverter 100_x von 3 verwendet werden kann. Die dargestellte Ladungspumpe 120 ist derart gestaltet, dass sie eine Eingangsspannung (beispielsweise VIN) an den Anschlüssen V1+, V1- empfängt und die Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung (beispielsweise VOUT) an den Anschlüssen V2+, V2- umwandelt. Eine Vervielfacherkaskade ist ein Schaltkondensatornetz, das eine hohe Umwandlungsverstärkung liefern kann. Wie in der vorliegenden Offenbarung verwendet, bedeutet eine Umwandlungsverstärkung (1) eine Spannungsverstärkung, wenn das Schaltkondensatornetz eine Ausgangsspannung erzeugt, die größer ist als die Eingangsspannung (VOUT > VIN), oder (2) eine Stromverstärkung, wenn das Schaltkondensatornetz eine Ausgangsspannung erzeugt, die kleiner ist als die Eingangsspannung (VIN > VOUT). Energie wird vom Eingang zum Ausgang dadurch übertragen, dass die Vervielfacherkaskaden-Ladungspumpe 120 verschiedene topologische Zustände durchläuft. Ladung wird von der Eingangsspannung zur Ausgangsspannung über einen Ladungsübertragungsweg übertragen. Anzahl und Konfiguration der Kondensatoren in jedem topologischen Zustand legen die Umwandlungsverstärkung fest. Die dargestellte Ladungspumpe 120 wird von einem Steuergerät 104 in bekannter Weise wie zuvor beschrieben und ausführlicher in der zuvor genannten US-Patentanmeldung mit dem Titel „Shared Comparator for Charge Pumps“ gesteuert.
  • Im dargestellten Beispiel beinhaltet die Ladungspumpe 120 fünf in Reihe geschaltete Schalter S1-S5. Die Schalter können beispielsweise MOSFET-Schalter, insbesondere MOSFET-Schalter in N-Ausführung, sein und jeder Schalter S1-S5 kann eine Reihe von in Reihe geschalteten MOSFETs umfassen, die derart gestaltet sind, dass sie als ein einziger Schalter funktionieren. Der Einfachheit halber werden beim Erläutern von Schaltvorgängen die Schalter S1, S3 und S5 manchmal gemeinsam als „ungerade Schalter“ bezeichnet und die Schalter S2 und S4 werden manchmal gemeinsam als „gerade Schalter“ bezeichnet.
  • Die Ladungspumpe 120 beinhaltet ebenfalls einen ersten und zweiten Unterspannungs-Phasenschalter S7, S8 und einen ersten und zweiten Oberspannungs-Phasenschalter S6, S9. Die Unterspannungs-Phasenschalter S7, S8 können den ersten und zweiten Phasenknoten PN1, PN2 mit dem Anschluss V2- verbinden. Der Anschluss V1- ist in der Regel mit dem Anschluss V2- verbunden und weist somit die gleiche Spannung auf; in einigen Ausführungsformen sind die Anschlüsse V1- und V2- jedoch gegebenenfalls nicht direkt verbunden und weisen somit gegebenenfalls verschiedene Spannungen auf.
  • Die Oberspannungs-Phasenschalter S6, S9 können den ersten und zweiten Phasenknoten PN1, PN2 mit dem Anschluss V2+ verbinden. Der Einfachheit halber werden beim Erläutern von Schaltvorgängen der Oberspannungs-Phasenschalter S6 und der Unterspannungs-Phasenschalter S8 manchmal gemeinsam als „gerade Phasenschalter“ bezeichnet und der Unterspannungs-Phasenschalter S7 und der Oberspannungs-Phasenschalter S9 werden manchmal gemeinsam als „ungerade Phasenschalter“ bezeichnet.
  • Eine Taktquelle im Steuergerät 104 erzeugt nicht überlappende Taktwellenformen P1 und P2, die mit den verschiedenen Schaltern S1-S9 im Allgemeinen über Pegelumsetzer- und Gatetreiberschaltungen (nicht dargestellt) gekoppelt sind und den Ein-/Aus-Zustand von diesen steuern. In vielen Ausführungsformen wird die dargestellte Ladungspumpe 120 mit einer nahezu identischen Schaltung kombiniert, wobei der Unterschied lediglich darin besteht, dass die Komponentenschalter mit einer anderen (im Allgemeinen um 180° entgegensetzten) Phase betrieben werden.
  • Ein erster Pumpkondensator C1 verbindet einen ersten Stapelknoten VC1 zwischen den Schaltern S1 und S2 mit dem Phasenknoten PN1. In ähnlicher Weise verbindet ein dritter Pumpkondensator C3 einen dritten Stapelknoten VC3 zwischen den Schaltern S3 und S4 mit dem Phasenknoten PN1. Ein zweiter Pumpkondensator C2 verbindet einen zweiten Stapelknoten VC2 zwischen den Schaltern S2 und S3 mit dem Phasenknoten PN2. In ähnlicher Weise verbindet ein vierter Pumpkondensator C4 einen vierten Stapelknoten VC4 zwischen den Schaltern S4 und S5 mit dem Phasenknoten PN2. Ein fünfter Stapelknoten Vx verbindet mit dem Anschluss V2+ der Ladungspumpe 120.
  • Die dargestellte Ladungspumpe 120 weist vier Stufen auf. Die erste Stufe beinhaltet den Schalter S1, den ersten Stapelknoten VC1 und den ersten Pumpkondensator C1; die zweite Stufe beinhaltet den Schalter S2, den zweiten Stapelknoten VC2 und den zweiten Pumpkondensator C2; die dritte Stufe beinhaltet den Schalter S3, den dritten Stapelknoten VC3 und den dritten Pumpkondensator C3; und die vierte Stufe beinhaltet den Schalter S4, den vierten Stapelknoten VC4 und den vierten Pumpkondensator C4. Ein fünfter Reihenschalter S5 verbindet die vierte Stufe mit dem fünften Stapelknoten VX, welcher mit dem Anschluss V2+ verbunden ist.
  • Steuersignale vom Steuergerät 104 bewirken, dass die Reihenschalter S1-S5, die Unterspannungs-Phasenschalter S7, S8 und die Oberspannungs-Phasenschalter S6, S9 Zustände in einer bestimmten Reihenfolge ändern. Somit wechselt die Ladungspumpe 120 wiederholt zwischen erstem und zweitem Betriebszustand in einer vorgewählten Frequenz. Beispielsweise während eines ersten Betriebszustands, der dadurch definiert ist, dass die Pl-Taktwellenform einen logischen Zustand „1“ hat und die P2-Taktwellenform einen logischen Zustand „0“ hat, (1) schließt das Steuergerät 104 die ungeraden Schalter S1, S3, S5, den Unterspannungs-Phasenschalter S7 und den Oberspannungs-Phasenschalter S9 und (2) öffnet das Steuergerät 104 die geraden Schalter S2, S4, den Oberspannungs-Phasenschalter S6 und den Unterspannungs-Phasenschalter S8. Während eines zweiten Betriebszustands, der dadurch definiert ist, dass die P2-Taktwellenform einen logischen Zustand „1“ hat und die P1-Taktwellenform einen logischen Zustand „0“ hat, (1) öffnet das Steuergerät 104 die ungeraden Schalter S1, S3, S5, den Unterspannungs-Phasenschalter S7 und den Oberspannungs-Phasenschalter S9 und (2) schließt das Steuergeräte 104 die geraden Schalter S2, S4, den Oberspannungs-Phasenschalter S6 und den Unterspannungs-Phasenschalter S8. Das Steuergerät 104 steuert und regelt die Wechsel aller Schalter S1-S9 so, dass eine beliebige erforderliche Totzeit beim Wechsel zwischen erstem und zweitem Betriebszustand berücksichtigt wird. Durch den Wechsel zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand wird Ladung von den Anschlüssen V1+, V1- auf die Anschlüsse V2+, V2- in bekannter Weise transportiert.
  • Bei der Ladungspumpenkonfiguration von 4A kann ein Knotenstatusdetektor 302_x (dargestellt in 3) zum Überwachen der Durchschnittsspannung an einem oder mehreren Stapelknoten VCX und/oder einem oder mehreren Phasenknoten PNx in Bezug auf VIN und/oder VOUT verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Pumpkondensatoren CX entsprechend auf einen vorgewählten Pegel während des Anlaufens geladen werden. In ähnlicher Weise kann ein Ausgangsstatusdetektor 304_x zum Überwachen der Durchschnittsspannung an Vx verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Ausgangskondensator COUT entsprechend auf einen vorgewählten Pegel während des Anlaufens geladen wird. Eine Durchschnittsspannung über einem vorgewählten Referenzpegel kann darauf hinweisen, dass die Ladungspumpe 120 noch nicht die gemeinsame Ausgangsspannung VOUT erzielt hat und/oder dass ein Fehler in der Ladungspumpe 120 vorliegt und somit der jeweilige Leistungskonverter 100_x nicht zum stationären Betrieb wechseln kann. Solche Knotenstatusdetektoren 302_x können eine von mehreren Schaltungen nach dem Stand der Technik umfassen, die derart gestaltet sind, dass sie eine Durchschnittsspannung überwachen.
  • In Ausführungsformen, in denen sich ein Induktor L zwischen dem Ausgang VX einer Ladungspumpe 120 und dem Ausgang VOUT eines Leistungskonverters 100_x befindet, wie zuvor beschrieben, kann ein Knotenstatusdetektor 302_x zum Überwachen der Spannung an einem oder mehreren Stapelknoten VCX (einschließlich VX) verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Pumpkondensatoren CX und der Ausgangskondensator COUT entsprechend auf einen vorgewählten Pegel während des Anlaufens geladen werden. Eine Spannung über einem vorgewählten Referenzpegel kann darauf hinweisen, dass die Ladungspumpe 120 noch nicht die gemeinsame Ausgangsspannung VOUT erzielt hat und/oder dass ein Fehler in der Ladungspumpe 120 vorliegt und somit der jeweilige Leistungskonverter 100_x nicht zum stationären Betrieb wechseln kann. Solche Knotenstatusdetektoren 302_x können eine von mehreren Schaltungen nach dem Stand der Technik umfassen, die derart gestaltet sind, dass sie die Spannung überwachen.
  • In anderen Ausführungsformen kann ein Knotenstatusdetektor zum Strommessen (statt zum Spannungsmessen) verwendet werden, um Strom durch vorgewählte Knoten eines Leistungskonverters 100_x auf umgekehrte Polarität und/oder wesentliche Größen zu überwachen. Strom über einem vorgewählten Referenzpegel und/oder mit einer Polarität entgegengesetzt zu einem erwarteten Pegel kann darauf hinweisen, dass der Leistungskonverter 100_x noch nicht die gemeinsame Ausgangsspannung VOUT erzielt hat und/oder dass ein Fehler im Leistungskonverter 100_x vorliegt und somit der jeweilige Leistungskonverter 100_x nicht zum stationären Betrieb wechseln kann. Solche Detektoren zur Strommessung kennt der Stand der Technik. Die Knoten, die von einem Knotenstatusdetektor zur Strommessung überwacht werden können, können einen oder mehrere Knoten VX, einen oder mehrere Stapelknoten VCX und einen oder mehrere Phasenknoten PNx beinhalten. Solche Knotenstatusdetektoren 302_x können eine von mehreren Schaltungen nach dem Stand der Technik umfassen, die derart gestaltet sind, dass sie den Strom überwachen.
  • Es können aber auch andere Messungen von Spannung und/oder Strom der zuvor genannten Knoten verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Pumpkondensatoren CX und der Ausgangskondensator COUT entsprechend auf einen vorgewählten Pegel während des Anlaufens geladen werden. Solche Messungen können jede mit dem Laden der Pumpkondensatoren CX und des Ausgangskondensators COUT verknüpfte Spannungs- und Stromcharakteristik beinhalten, beispielsweise Spannungsstufen, Spannungswelligkeit oder Stromspitzen, solange diese direkt mit dem Laden der Pumpkondensatoren CX und des Ausgangskondensators COUT verknüpft sind.
  • Als weiteres Beispiel für eine symmetrische Vervielfacherkaskade zeigt 4B ein schematisches Diagramm einer zweiphasigen Ladungspumpe 420 mit wählbarem Umwandlungsverhältnis, die in einem oder mehreren der parallel verschalteten Leistungskonverter 100_x von 3 verwendet werden kann. Insbesondere kann die dargestellte Ladungspumpe 420 derart gestaltet sein, dass sie wählbar ist, so dass sie entweder ein Umwandlungsverhältnis mit einer Teilung durch 2 oder einer Teilung durch 3 unter Verwendung der gleichen Basisschaltung hat, wie ausführlicher im zuvor genannten US-Patent Nr. 10,263,514 beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch in Verbindung mit Ladungspumpen mit einer festen Konfiguration, Ladungspumpen mit weniger oder mehr Phasen und mit anderen Ladungspumpentypen verwendet werden.
  • Wie dargestellt ähnelt die Anordnung der Gruppe von durch die Taktsignale P1 und P2 gesteuerten Schaltern und der Pumpkondensatoren C1a, C2a, C1b, C2b einer Ladungspumpe mit einer festen Teilung durch 3, wobei jedoch jede Zelle 402a, 402b ein jeweiliges hinzugefügtes Konfigurationselement 404a, 404b und alternative „DIV3“-Leiter und „DIV2“-Leiter beinhaltet. Zusätzlich wird in Zelle 402a der direkt mit VIN gekoppelte Schalter 406a durch ein wählbares Taktsignal Px gesteuert, während in der komplementären Zelle 402b der direkt mit VIN durch die Ergänzung des wählbaren Taktsignals gesteuert wird, Px.
  • Wenn die Konfigurationselemente 404a, 404b derart gestaltet sind, dass sie einen jeweiligen Pumpkondensator C1a, C1b mit einem entsprechenden DIV3-Leiter koppeln, und die Phase des Taktsignals Px so festgelegt ist, dass sie die gleiche ist wie P1 in Zelle 402a, und die Phase des komplementären Taktsignals Px so festgelegt ist, dass sie die gleiche ist wie P2 in Zelle 402b, arbeitet die Ladungspumpe 420 als eine Ladungspumpenschaltung mit einer Teilung durch 3 auf genau die gleiche Weise wie eine herkömmliche Ladungspumpenschaltung mit fester Teilung durch 3; somit ist der unmittelbare Ausgang VX der Ladungspumpe 420 VIN/3.
  • Wenn die Konfigurationselemente 404a, 404b derart gestaltet sind, dass sie einen jeweiligen Pumpkondensator C1a, C1b mit einem entsprechenden DIV2-Leiter koppeln, sind die Pumpkondensatoren C1x parallel mit den C2x-Pumpkondensatoren der anderen Zelle verbunden. Somit ist im dargestellten Beispiel der Pumpkondensator C1a in Zelle 402a parallel mit dem Pumpkondensator C2b in Zelle 402b gekoppelt, während der Pumpkondensator C1b in Zelle 402b parallel mit dem Pumpkondensator C2a in Zelle 402a gekoppelt ist. Ferner ist in der DIV2-Konfiguration die Phase des Taktsignals Px so festgelegt, dass sie die gleiche ist wie P2 in Zelle 402a (statt P1 wie in der DIV3-Konfiguration), und die Phase des komplementären Taktsignals Px ist so festgelegt, dass sie die gleiche ist wie P1 in Zelle 402b (statt P2 wie in der DIV3-Konfiguration). So konfiguriert bildet die parallele Anordnung von zwei Pumpkondensatoren (beispielsweise C1a und C2b, oder C1b und C2a) effektiv einen einzigen äquivalenten Pumpkondensator und macht dadurch einen zweiten unabhängigen Pumpkondensator in jeder Zelle 402a, 402b der Ladungspumpe 420 überflüssig. Dementsprechend arbeitet die Ladungspumpe 420 als eine Konverterschaltung mit einer Teilung durch 2 auf genau die gleiche Weise wie eine herkömmliche Ladungspumpenschaltung mit einer Teilung durch 2; somit ist der unmittelbare Ausgang VX der Ladungspumpe 420 VIN/2.
  • Im stationären Betrieb der DIV3-Konfiguration werden die Pumpkondensatoren auf ein Vielfaches von VX geladen (was im Allgemeinen VOUT entspricht). Bei den in 4B dargestellten Pumpkondensatoren werden die Pumpkondensatoren C1a und C1b auf 2*VX geladen, während die Pumpkondensatoren C2a und C2b auf VX geladen werden.
  • Im stationären Betrieb der DIV2-Konfiguration werden die Pumpkondensatoren wiederum auf Vielfache von VX geladen. Bei den in 4B dargestellten Pumpkondensatoren sind die Pumpkondensatoren C1a und C1b parallel zu den Pumpkondensatoren C2b und C2b und alle Pumpkondensatoren werden auf Vx geladen.
  • Allgemeiner ausgedrückt: Wenn die Umwandlungsverstärkung der Ladungspumpe 420 N ist, sind (N-1) Kondensatoren pro Taktphase vorhanden, die Maximalspannung an einem Kondensator beträgt (N-1)*VX und die Minimalspannung an einem Kondensator beträgt VX.
  • In 4B sind Differentialknoten N1a, N2a und Differentialknoten N1b, N2b dargestellt, die mit den „oberen“ (in Bezug auf VIN) Platten der jeweiligen Pumpkondensatoren C1a, C2a, C1b und C2b verbunden sind. Mit Paaren dieser Knoten gekoppelte Differentialdetektorschaltungen können die Symmetrie der Pumpkondensatorspannungen für die Zellen 402a, 402b nutzen, um zu bestimmen, ob die jeweiligen Pumpkondensatoren entsprechend in Bezug auf VOUT geladen sind. Beispielsweise zeigen 5A-5D eine Menge von Schaltungsmodulen, welche die Funktionalität der Knotenstatusdetektoren 302_x und Ausgabestatusdetektoren 304_x bereitstellen.
  • 5A zeigt ein schematisches Diagramm eines Referenzspannungsgenerators 502. Der dargestellte Referenzspannungsgenerator 502 ist ein ohmscher Spannungsteiler, der eine skalierte Referenzspannung VREF aus einer anliegenden Eingangsspannung VIN (die gleich der an der Ladungspumpe 420 von 4B anliegenden Spannung VIN sein kann) als eine Funktion des Verhältnisses der in Reihe geschalteten Widerstände R0 und R1 erzeugt: VREF = VIN * (R0 / (R0 + R1)). In einigen Ausführungsformen kann der Wert des Widerstands R0 einstellbar oder festlegbar sein, was eine gewisse Variabilität im Skalierungsverhältnis von VREF in Bezug auf VIN ermöglicht. Es können natürlich auch andere Schaltungen nach dem Stand der Technik zum Erzeugen einer Referenzspannung VREF verwendet werden, etwa eine Bandlückenschaltung, ein Referenzstrom zu einem Widerstand usw.
  • 5B zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Ausgangsstatusdetektors 304_x. Die in Reihe geschalteten Widerstände R2 und R3 bilden einen ohmschen Spannungsteiler, der eine skalierte Spannung VOUT' aus einer anliegenden Ausgangsspannung VOUT von einem zugehörigen Leistungskonverter 100_x als eine Funktion des Verhältnisses der in Reihe geschalteten Widerstände R2 und R3 erzeugt. In einigen Ausführungsformen kann der Wert des Widerstands R2 einstellbar oder festlegbar sein, was eine gewisse Variabilität im Skalierungsverhältnis von VOUT' in Bezug auf VOUT ermöglicht, was besonders nützlich ist, um eine Variabilität zum Ermöglichen verschiedener Umwandlungsverstärkungsverhältnisse oder eines breiten Bereichs hiervon bereitzustellen (beispielsweise sowohl die DIV2- als auch die DIV3-Konfiguration der Ladungspumpe 420 von 4B). Die skalierte Spannung VOUT' liegt an einem ersten Eingang eines Komparators 504 an. Ein zweiter Eingang zum Komparator 504 ist die skalierte Referenzspannung VREF vom Referenzspannungsgenerator 502. Der Komparator 504 gibt ein Ausgangsmarkierungssignal VOutComp aus, wenn VOUT' in etwa gleich oder größer als VREF ist. (Es können kleine Abweichungen aufgrund von Unterschieden bei Komponenten und Signalwegen im Komparator 504 auftreten.). Da VREF und/oder VOUT' einstellbar oder festlegbar sein können, kann eine Toleranz festgelegt werden, ob VOUT (und somit VOUT') als einen gewählten Sollwert erreicht habend zu betrachten ist, wodurch das Ausgangsmarkierungssignal VOutComp erzeugt wird. Es können natürlich auch andere Typen von Vergleichs- oder Messschaltungen statt des in 5B dargestellten Ausgangsstatusdetektors 304_x verwendet werden. Die dargestellte Schaltung ist aber vorteilhafterweise einfach auszuführen.
  • 5C zeigt ein schematisches Diagramm eines insbesondere für die Verwendung mit der zweiphasigen Ladungspumpe 420 von 4B angepassten Knotenstatusdetektors 302_x. Ein Spannungsteilernetz umfasst einen Nebenschlusswiderstand R4, der in Reihe mit den parallel verschalteten Widerständen R5 und R6 geschaltet ist. Die Widerstände R5 und R6 sind jeweils mit gleichstufigen Knotenpaaren von der Ladungspumpe 420 gekoppelt (beispielsweise N1a und N1b, oder N2a und N2b). In einigen Ausführungsformen kann der Wert des Widerstands R4 einstellbar oder festlegbar sein, was besonders nützlich ist, um eine Variabilität zum Ermöglichen verschiedener Umwandlungsverstärkungsverhältnisse oder eines breiten Bereichs hiervon bereitzustellen (beispielsweise sowohl die DIV2- als auch die DIV3-Konfiguration der Ladungspumpe 420 von 4B). Natürlich können auch andere Typen von Spannungsteilerschaltungen anstelle des abgebildeten Spannungsteilernetzes verwendet werden. Die dargestellte Schaltung ist aber vorteilhafterweise einfach auszuführen.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist ein Knoten X zwischen dem Nebenschlusswiderstand R4 und den parallel verschalteten Widerständen R5 und R6 mit einem ersten Eingang eines Komparators 506 gekoppelt. Ein zweiter Eingang zum Komparator 506 ist die skalierte Referenzspannung VREF vom Referenzspannungsgenerator 502. Der Komparator 506 gibt ein Knotenmarkierungssignal VNodeComp aus, wenn die Spannung am Knoten X in etwa gleich oder größer als VREF ist. In diesem Fall entspricht die Spannung an Knoten X einer skalierten und summierten Version der an den Eingängen Node1 und Node2 anliegenden Differentialspannungen. Die Schalter Sw1 und Sw2 ermöglichen ein Abkoppeln des Knotenstatusdetektor 302_x von der Ladungspumpe 420 bei Nichtverwendung. Es können natürlich auch andere Typen von Vergleichs- oder Spannungsmessschaltungen statt des in 5C dargestellten Knotenstatusdetektors 302_x verwendet werden. Die dargestellte Schaltung ist aber vorteilhafterweise einfach auszuführen.
  • Bei einer Ladungspumpe 420 mit einer Umwandlungsverstärkung N ist von (N-1) Exemplaren des Knotenstatusdetektors 302_x auszugehen. Somit sind beispielsweise bei einer DIV3-Konfiguration der zweiphasigen Ladungspumpe 420 von 4B mit einer Umwandlungsverstärkung von N=3 Node1 und Node2 eines ersten Exemplars des Knotenstatusdetektors 302_x mit den Differentialknoten N1a und N1b gekoppelt und Node1 und Node2 eines zweiten Exemplars des Knotenstatusdetektors 302_x ist mit den Differentialknoten N2a und N2b gekoppelt. Bei einer Ladungspumpe mit einer Umwandlungsverstärkung N und einer Zahl von Phasen m, wobei m ≥1, kann die Zahl von Knotenstatusdetektoren 302_x auch dann (N-1) sein, wenn die Zahl von NodeX-Eingängen zu jedem Knotenstatusdetektor 302_x gleich m ist. Bei der Ausführungsform von 5C ist eine Zahl m von NodeX-Eingängen jeweils mit einer Reihenschaltung eines Schalters SwX und Widerstands R_X gekoppelt, die sich den gleichen Nebenschlusswiderstand und Knoten X teilen. In diesem Fall entspricht die Spannung an Knoten X einer skalierten und summierten Version der an jedem NodeX-Eingang anliegenden Spannungen.
  • 5D zeigt ein äquivalentes Schaltbild 508 des Spannungsteilernetzes von 5C, wobei die mit den Differentialeingängen Node1 und Node2 gekoppelten Widerstände den gleichen Widerstandswert R haben, während der Nebenschlusswiderstand von Knoten X zur Schaltungsmasse einen von R um einen Faktor 1/n skalierten Widerstandswert hat. In diesem Fall ist die Spannung an Knoten X die Summe der Spannungen an Node1 und Node2, geteilt durch (2+n). Wenn der Wert von n viel kleiner als 2 ist, nähert sich die Spannung an Knoten X dem Durchschnitt der Differenzspannungen an Node1 und Node2 an. Somit kann die Schaltung von 5D verwendet werden, um eine den Durchschnitt von zwei Eingangsspannungen darstellende Ausgangsspannung zu erzeugen, wobei der Wert n zum Einstellen des auf diesen Durchschnitt angewendeten Skalierungsfaktors entsprechend der Notwendigkeit der Anpassung an das Ladungspumpen-Umwandlungsverstärkungsverhältnis, die Kriterien für den Sanftanlauf- oder Anlaufabschluss usw. vorgewählt wird.
  • Bei einer symmetrischen Vervielfacherkaskade im Allgemeinen besteht ein Vorteil des Differential-Knotenstatusdetektors 302_x von 5C darin, dass er die Stufensymmetrie der Spannungen an den „oberen“ Plattenknoten der Pumpkondensatoren an mehreren Schaltphasen zum Erzeugen eines skalierten Durchschnitts der Differentialspannungen nutzt. Die am Knoten X skalierte Durchschnittspannung kann mit der aus VIN. abgeleiteten Referenzspannung VREF verglichen werden. Beispielsweise wechselt bei einer DIV3-Konfiguration der Ladungspumpe 420 von 4B abhängig von der Taktphase die Spannung der oberen Platte der Pumpkondensatoren C1a und C1b differentiell zwischen 3*VX und 2*VX, so dass ihre skalierte Durchschnittsspannung proportional zu 5*VX ist, während die Spannung der oberen Platte der Pumpkondensatoren C2b und C2a differentiell zwischen 2*VX und VX wechselt, so dass ihre skalierte Durchschnittsspannung proportional zu 3*VX ist. Bei einer DIV2-Konfiguration der Ladungspumpe 420 von 4B wiederum wechselt beispielsweise abhängig von der Taktphase die Spannung der oberen Platte der Pumpkondensatoren C1a und C1b differentiell zwischen 2*VX und VX, so dass ihre skalierte Durchschnittsspannung proportional zu 3*VX ist, während die Spannung der oberen Platte der Pumpkondensatoren C2b und C2a differentiell zwischen 2*VX und VX wechselt, so dass ihre skalierte Durchschnittsspannung ebenfalls proportional zu 3*VX ist.
  • Die Knotenstatusdetektoren 302_x von 3 sind lediglich ein Beispiel für eine für Differentialfälle geeignete Schaltung und es können auch andere Differentialschaltungen verwendet werden. Ferner können in alternativen Ausführungsformen Eintakt-Spannungsdetektionsschaltungen für die Knotenstatusdetektoren 302_x von 3 verwendet werden (siehe folgende Beschreibung in Bezug auf 5E und 5F).
  • 6 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausgangsstatusdetektors 304_x (von 5B) und zwei Beispielen eines mit einer Statusvalidierungsschaltung 306_x gekoppelten Knotenstatusdetektors 302_x (von 5C). Im dargestellten Beispiel ist die Statusvalidierungsschaltung 306_x als ein AND-Gate ausgeführt, das ein StartUpOK-Signal mit einer logischen „1“ nur dann erzeugt, wenn alle Markierungssignale (VOutComp, VNodeComp1 und VNodeComp2) vom Knotenstatusdetektor 302_x und Ausgabestatusdetektor 304_x angeben, dass der Ausgangsstatusdetektor COUT und die Pumpkondensatoren 420 auf einen vorgewählten Prozentwert der Sollstationärwerte geladen sind. Das StartUpOK-Signal kann als eine erforderliche Bedingung bei der Entscheidung berücksichtigt werden, ob die zugehörige Ladungspumpe 420 aus dem Anlaufzustand in den stationären Betrieb mit voller Leistung übergehen soll, beispielsweise durch Deaktivieren einer Anlaufzustandsbegrenzung oder -reduzierung in der Lieferung von Ausgangsleistung.
  • Variationen und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung
  • In einigen Ausführungsformen können Kombinationen der zuvor beschriebenen Knotenstatusdetektoren 302_x in Verbindung mit den Konverterschaltungen 102 einer Menge von parallel geschalteten Leistungskonvertern 100_x verwendet werden; das heißt der Typ des Knotenstatusdetektors 302_x kann bei den parallelen Leistungskonvertern 100_x variieren.
  • In Variantenausführungsformen können die Statusvalidierungsschaltungen 306_x mit einem Steuergerät (etwa dem Steuergerät 104 in 1) kommunizieren oder in Wechselwirkung treten, so dass beispielsweise die Ausgabe von StartUpOK_x-Markierungssignalen gleichzeitig oder in einer gewünschten Reihenfolge erfolgt, um Wechsel der einzelnen Leistungskonverter 100_x vom Anlaufbetrieb zum stationären Betrieb zu steuern.
  • Ferner können die Statusvalidierungsschaltungen 306_x derart gestaltet sein, dass sie andere Faktoren als Sollkondensatorladewerte bei der Ausgabe von StartUpOK_x-Markierungssignalen berücksichtigen, etwa eine gewünschte Reihenfolge für das Anlaufen der Leistungskonverter 100_x. Andere Faktoren können beinhalten, ob der Ausgangsstrom eines Leistungskonverters 100_x negativ ist (ein Faktor, der sowohl für Ladungspumpen- als auch Spannungsregler-Leistungskonverter gilt) oder ob die Knotenspannung höher als ein gewünschter Schwellenwert ist (relevant insbesondere für adiabatische Ladungspumpen). Ebenso kann die Systemstatusvalidierungsschaltung 308 mit einem Steuergerät (etwa dem Steuergerät 104 in 1) kommunizieren oder in Wechselwirkung treten, so dass beispielsweise die Ausgabe des SysStartUpOK-Markierungssignals andere Faktoren als die einzelnen StartUpOk_x-Markierungssignale berücksichtigt.
  • Ein alternativer Typ von Knotenstatusdetektor 302_x ist eine herkömmliche Abtast- und Halteschaltung, die mit einem oder mehreren zu überwachenden Knoten gekoppelt ist. Die Abtast- und Halteschaltung kann derart gestaltet sein, dass sie die Spannung oder den Strom an einem gekoppelten Knoten oder an gekoppelten Knoten nur zu bestimmten Zeiten abtastet, etwa zwischen den Taktsignalen P1 und P2 oder nur während eines spezifischen Abschnitts von solchen Taktsignalen. Dies würde beispielsweise die Überwachung von zeitlich variierenden Knotenwerten bei Spitzen- und/oder Tiefstwerten ermöglichen, anstatt mehrere Knoten zu summieren, um einen Durchschnittswert zu erhalten.
  • 5E zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines auf einer Abtast- und Halteschaltung basierenden Knotenstatusdetektors 302_x. Im dargestellten Beispiel liegt die Spannung an einem Stapelknoten VCX(der den VX-Knoten beinhalten kann) am Eingang eines Schalters Sw an, der im geschlossenen Zustand die anliegende Spannung mit einem Haltekondensator CH und einem ersten Eingang eines Komparators 510 koppelt. Ein zweiter Eingang zum Komparator 510 ist eine skalierte Referenzspannung VREF, etwa vom Referenzspannungsgenerator 502 in 5A. In regelmäßigen Abständen wird der Schalter Sw unter der Steuerung eines Abtasttaktsignals geöffnet und die abgetastete und gehaltene Spannung am Haltekondensator CH wird mit VREF verglichen. Der Komparator 510 gibt ein Knotenmarkierungssignal VNodeComp aus, wenn die Spannung am gekoppelten Knoten in etwa gleich oder größer als VREF ist. Das Abtasttaktsignal muss gegebenenfalls einen Pegelumsetzer 512 (gestrichelt dargestellt) durchlaufen, um Spannungen vom VCX-Knoten mit der höheren Spannung abtasten zu können. Der Knotenstatusdetektor 302_x von 5E ist eine Eintakt-Spannungsdetektionsschaltung.
  • Bei jedem abgetasteten VCX-Knotenn variiert die Spannung am Knoten n zwischen ganzzahligen Vielfachen von Vx, nVX und (n - 1) VX. Idealerweise muss die Abtastung erfolgen, wenn VCX an Knoten n die Maximalspannung nVX an Knoten n erreicht, um die am entsprechenden Kondensator erreichte Spannung besser darstellen zu können. Ferner muss der mit einem gemessenen Stapelknoten VCX verknüpfte Phasenknoten (beispielsweise PN1 oder PN2 in 4A) auf Schaltungsmasse nach unten geschaltet werden (beispielsweise durch einen nicht dargestellten Schalter), so dass die abgetastete Spannung die Spannung am zugehörigen Pumpkondensator CX ist.
  • 5F zeigt eine Reihe von Zeitdiagrammen zur Darstellung von einer möglichen Beziehung der Abtasttakt-Wellenform von 5E im Vergleich zu einem zweiphasigen Ladungspumpen-Taktgeber. Wie dargestellt muss das Abtasttaktsignal eine Pulsbreite haben, die in die Pulsbreite der vorgewählten Ladungspumpen-Taktphase passt, wie durch gestrichelte Linien 514 und 516 dargestellt. Das Abtasten muss nur während einer der Ladungspumpen-Taktphasen erfolgen, vorzugsweise in der Phase mit der höheren Spannung als der abgetastete VCX-Knoten(beispielsweise Phase P1).
  • Weitere Beispiele für Schaltungen, die als ein Abtast- und Halte-Knotenstatusdetektor 302_x verwendet werden können, sind in der zuvor genannten US-Patentanmeldung, laufende Nr. 16/783,800, aufgeführt.
  • Vorteile von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beinhalten einen oder mehrere der folgenden Vorteile:
    • • Vermeiden des Problems eines schädlichen Anlaufstroms und/oder einer schädlichen Schalterüberlastung in einem hinzugefügten Leistungskonverter in einer Menge von parallelen Leistungskonvertern, ohne dass leistungsmindernde Trennschalter in Reihe zwischen den jeweiligen VOUT-Ausgängen der Leistungskonverter und dem Lastknoten LN erforderlich sind;
    • • eine genauere Anlauferkennung bei direkt verbundenen parallelen Leistungskonvertern zum Schutz vor einem oder mehreren Fehlerereignissen innerhalb eines Leistungskonverters während des Anlaufens, wodurch das Problem eines schädlichen Anlaufstroms und/oder einer schädlichen Schalterüberlastung vermieden wird;
    • • eine genauere Anlauferkennung bei parallel verschalteten Ladungspumpen zum Schutz vor Fehlerbedingungen wie defekten Pumpkondensatoren oder Ausgangskondensatoren oder anderen Ladungspumpenschaltungen während des Anlaufens, wodurch das Problem eines schädlichen Anlaufstroms und/oder einer schädlichen Schalterüberlastung vermieden wird;
    • • bei einigen Ladungspumpentypen Einfachheit der Ausführung des Knotenstatusdetektors durch Nutzung der Stufensymmetrie von Pumpkondensator-Schaltknoten zur Mittelung der Spannung zum Vergleich mit einer Referenzspannung;
    • • Vermeiden von Überspannungslasten und/oder Überstromlasten an Ladungspumpenknoten (insbesondere relevant bei Ausführung einer Ladungspumpe als integrierte Schaltkreislösung mit Niederspannungs-Transistorschaltern, insbesondere MOSFET-Schaltern); und/oder
    • • Vermeiden von Leistungsverschwendung und/oder thermischen Problemen, da ein Leistungskonverter, der sich noch in der Sanftanlaufphase befindet, Strom vom Leistungskonverterausgang abzweigt, während ein oder mehrere andere Leistungskonverter, die vom Sanftanlaufphasen-Betrieb gewechselt haben, den gemeinsamen Ausgang VOUT stützen;
  • Verfahren
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung beinhaltet Verfahren zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen. 7 zeigt beispielsweise ein Prozessfließbild 700 zur Darstellung eines ersten Verfahrens zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen. Das Verfahren beinhaltet: Überwachen des Ausgangs des wenigstens einen Leistungskonverters und Erzeugen eines Ausgangsmarkierungssignals, wenn die Spannung am Ausgang innerhalb eines gewünschten Prozentwerts eines entsprechenden Soll-Stationärausgangswerts liegt (Block 702); Überwachen von wenigstens einem Knoten im wenigstens einen Leistungskonverter und Erzeugen eines entsprechenden Knotenmarkierungssignals, wenn die Spannung und/oder der Strom des wenigstens einen Knotens einen gewünschten Knotenwert und/oder eine vorgewählte Polarität hat (Block 704); und Erzeugen eines logischen Signals, wenn das Ausgangsmarkierungssignal und das Knotenmarkierungssignal oder die Signale, die wenigstens einem der mehreren Leistungskonverter entsprechen, alle aktiviert wurden (Block 706).
  • 8 wiederum zeigt beispielsweise ein Prozessfließbild 800 zur Darstellung eines zweiten Verfahrens zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen. Das Verfahren beinhaltet: Überwachen des Ausgangs wenigstens eines Leistungskonverters und Erzeugen eines Ausgangsmarkierungssignals, wenn eine Spannung am Ausgang einen vorgewählten Ausgangswert hat (Block 802); Überwachen von wenigstens einem Knoten im wenigstens einen Leistungskonverter und Erzeugen eines entsprechenden Knotenmarkierungssignals, wenn die Spannung und/oder der Strom des wenigstens einen Knotens innerhalb eines vorgewählten Prozentwerts eines entsprechenden Soll-Stationärknotenwerts liegt (Block 804); und Erzeugen eines logischen Signals, wenn das Ausgangsmarkierungssignal und das Knotenmarkierungssignal oder die Signale, die wenigstens einem der mehreren Leistungskonverter entsprechen, alle aktiviert wurden (Block 806).
  • 9 wiederum zeigt beispielsweise ein Prozessfließbild 900 zur Darstellung eines dritten Verfahrens zur Anlauferkennung für mehrere parallele Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen. Das Verfahren beinhaltet: Überwachen eines Ausgangskondensators von wenigstens einem Leistungskonverter und Erzeugen eines Ausgangsmarkierungssignals, wenn der Ausgangskondensator entsprechend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist (Block 902); Überwachen von wenigstens einem Pumpkondensatorknoten im wenigstens einen Leistungskonverter und Erzeugen eines entsprechenden Knotenmarkierungssignals, wenn der wenigstens eine Pumpkondensatorknoten entsprechend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist (Block 904); und Erzeugen eines logischen Signals, wenn das Ausgangsmarkierungssignal und das Knotenmarkierungssignal oder die Signale, die wenigstens einem der mehreren Leistungskonverter entsprechen, alle aktiviert wurden (Block 906).
  • Weitere Aspekte der vorhergehenden Verfahren können das Ermöglichen beinhalten, dass wenigstens ein Leistungskonverter als Reaktion auf den Empfang des logischen Signals zu einem stationären Betriebsmodus wechselt.
  • Fertigungstechnologien und -optionen
  • Die vorhergehenden Schaltungen für einen Knotenstatusdetektor 302_x wurden zwar im Zusammenhang einer Anlauferkennung beschrieben; sie können aber ebenfalls für die kontinuierliche Überwachung der Stapelknoten VCX sowie VX und/oder VOUT verwendet werden. Dies kann beispielsweise nützlich sein, um Fehlerbedingungen nach dem Anlaufen zu erkennen, die einen VOUTCOMP-Wert erzeugen, der als ein Unterbrechungssignal verwendet werden kann, wenn beispielsweise die Spannung an einem überwachten Knoten einen vorgewählten Wert unter- oder überschreitet. Somit kann ein Leistungskonverter von einem stationären Betriebsmodus als Reaktion auf den Empfang wenigstens des VOUTCOMP-Signals von einem oder mehreren Schaltungen eines Knotenstatusdetektor 302_x, das ein Fehlerereignis anzeigt (beispielsweise Spannung und/oder Strom zu niedrig oder zu hoch) wechseln (beispielsweise zu einem Anlaufmodus).
  • Der Begriff „MOSFET“ wie in der vorliegenden Offenbarung verwendet, beinhaltet beliebige Feldeffekttransistoren (FETs) mit isolierter Steuerelektrode, deren Spannung die Leitfähigkeit des Transistors bestimmt, und beinhaltet isolierte Steuerelektroden mit einem metallischen oder metallähnlichen Isolator und/oder eine Halbleiterstruktur. Die Begriffe „metallisch“ oder „metallähnlich“ beinhalten wenigstens ein elektrisch leitendes Material (etwa Aluminium, Kupfer oder ein anderes Metall oder hochdotiertes Polysilicium, Graphen oder einen anderen elektrischen Leiter), „Isolator“ beinhaltet wenigstens ein isolierendes Material (etwa Siliciumoxid oder ein anderes dielektrisches Material) und „Halbleiter“ beinhaltet wenigstens ein Halbleitermaterial.
  • Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können so ausgeführt werden, dass sie eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Sofern oben nicht anders angegeben, ist die Wahl von geeigneten Komponentenwerte eine Frage der Konstruktion. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können in jeder geeigneten Technologie von integrierten Schaltkreisen (IC) (unter anderem MOSFET-Strukturen) oder in hybriden oder diskreten Schaltungsformen ausgeführt werden. Ausführungsformen mit integrierten Schaltkreisen können mit allen geeigneten Substraten und Prozessen hergestellt werden, unter anderem in der Form von standardmäßigem massivem Silicium, Silicon-on-Insulator (SOI) und Silicon-on-Sapphire (SOS). Sofern oben nicht anders angegeben, können Ausführungsformen der Erfindung in anderen Transistortechnologien wie Bipolar-, LDMOS-, BCD-, GaAs-HBT-, GaN-HEMT-, GaAs-pHEMT- und MESFET-Technologien ausgeführt werden. Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch besonders nützlich, wenn sie mit einem SOI- oder SOS-basierten Prozess hergestellt werden oder wenn sie mit Prozessen mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt werden. Die Herstellung als CMOS unter Verwendung von SOI- oder SOS-Prozessen ermöglicht Schaltungen mit geringem Stromverbrauch, der Fähigkeit, hohen Leistungssignalen während des Betriebs aufgrund von FET-Stapelung standzuhalten, guter Linearität und Hochfrequenzbetrieb (das heißt Funkfrequenzen bis zu und über 50 GHz). Eine monolithische IC-Ausführung ist besonders nützlich, da die parasitären Kapazitäten im Allgemeinen durch sorgfältiges Konstruieren niedrig gehalten werden können (oder zumindest gleichmäßig über alle Einheiten verteilt werden können, so dass sie kompensiert werden können).
  • Die Spannungspegel können angepasst und/oder die Spannungs- und/oder Logiksignalpolaritäten umgekehrt werden, je nach Spezifikation und/oder Ausführungstechnologie (beispielsweise NMOS, PMOS oder CMOS und Transistorbauelemente im Anreicherungs- oder Verarmungsmodus). Die Spannungs-, Strom- und Leistungsaufnahmefähigkeit der Komponenten kann je nach Bedarf angepasst werden, beispielsweise durch Anpassung der Bauteilgrößen, serielles „Stapeln“ von Komponenten (insbesondere FETs), um höheren Spannungen standzuhalten, und/oder durch parallele Verwendung mehrerer Komponenten, um höhere Ströme zu verarbeiten. Weitere Schaltungskomponenten können hinzugefügt werden, um die Fähigkeiten der offengelegten Schaltungen zu verbessern und/oder um zusätzliche Funktionen bereitzustellen, ohne die Funktionalität der offengelegten Schaltungen wesentlich zu verändern.
  • Schaltungen und Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können allein oder in Kombination mit anderen Komponenten, Schaltungen und Vorrichtungen verwendet werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als integrierte Schaltkreise (ICs) hergestellt werden, die in IC-Gehäusen und/oder in Modulen untergebracht werden können, um die Handhabung, Herstellung und/oder Leistung zu optimieren. Insbesondere IC-Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden häufig in Modulen verwendet, in denen ein oder mehrere solcher ICs mit anderen Schaltungsblöcken (beispielsweise Filtern, Verstärkern, passiven Komponenten und möglicherweise zusätzlichen ICs) in einem Gehäuse kombiniert werden. Die ICs und/oder Module werden dann in der Regel mit anderen Komponenten kombiniert, oft auf einer Leiterplatte, um ein Endprodukt wie ein Mobiltelefon, einen Laptop oder ein elektronisches Tablet zu bilden oder um ein höherwertiges Modul zu bilden, das in einer Vielzahl von Produkten wie Fahrzeugen, Testgeräten, medizinischen Geräten usw. verwendet werden kann. Durch verschiedene Konfigurationen von Modulen und Baugruppen ermöglichen solche ICs in der Regel einen Kommunikationsmodus, häufig eine drahtlose Kommunikation.
  • Schlussfolgerung
  • Eine Reihe von Ausführungsformen der Erfindung wurde beschrieben. Es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können einige der oben beschriebenen Schritte unabhängig von der Reihenfolge sein und daher in einer anderen Reihenfolge als der beschriebenen durchgeführt werden. Außerdem können einige der zuvor beschriebenen Schritte optional sein. Verschiedene Aktivitäten, die in Bezug auf die oben genannten Verfahren beschrieben sind, können wiederholt, der Reihe nach oder parallel ausgeführt werden.
  • Die vorhergehende Beschreibung dient der Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung des Umfangs der Erfindung, die durch den Umfang der folgenden Ansprüche definiert ist, und andere Ausführungsformen fallen in den Anwendungsbereich der Ansprüche. Insbesondere beinhaltet der Umfang der Erfindung alle machbaren Kombinationen von einem oder mehreren der Prozesse, Maschinen, Erzeugnisse oder Zusammensetzungen von Inhalten wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt. (Die in Klammern gesetzten Bezeichnungen für die Anspruchselemente dienen dazu, die Bezugnahme auf diese Elemente zu erleichtern, und geben nicht als solche eine bestimmte erforderliche Reihenfolge oder Aufzählung von Elementen an; darüber hinaus können solche Bezeichnungen in abhängigen Ansprüchen als Verweise auf zusätzliche Elemente wiederverwendet werden, ohne dass dies als Beginn einer widersprüchlichen Bezeichnungssequenz anzusehen ist.)
  • 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.
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    • US 16/783800 [0001]
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Claims (45)

  1. Detektionsschaltung, derart gestaltet, dass sie mit mehreren parallel verschalteten Leistungskonvertern koppelbar ist, wobei die Leistungskonverter direkt verbundene Ausgänge haben, und beinhaltend für wenigstens einen Leistungskonverter: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor an einen dazugehörigen Knoten des wenigstens einen Leistungskonverters gekoppelt ist, und derart gestaltet ist, dass der Knotenstatusdetektor ein dazugehöriges Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem dazugehörigen Knoten einen vorgewählten Knotenwert hat; (b) einen Ausgangsstatusdetektor, gekoppelt an den Ausgang des wenigstens einen Leistungskonverters und derart gestaltet, dass ein Ausgangsmarkierungssignal aktiviert wird, wenn eine Spannung an dem Ausgang einen vorgewählten Ausgangswert hat, und (c) eine Statusvalidierungsschaltung, die derart gestaltet ist, das Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen, und wahlweise das Ausgangsmarkierungssignal von dem Ausgangsstatusdetektor zu empfangen, und ein logisches Signal zu aktivieren, wenn sämtliche empfangenen Markierungssignale aktiviert worden sind.
  2. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter zum Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus als Reaktion auf den Empfang des aktivierten logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung ausgebildet ist.
  3. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter in Abwesenheit des Empfangs des logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung an einem Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus gehindert wird.
  4. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter zum Wechseln aus einem stationären Betriebsmodus als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung ausgebildet ist.
  5. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter einen Schaltkondensator-Leistungskonverter beinhaltet.
  6. Erfindung nach Anspruch 5, wobei jeder Schaltkondensator-Leistungskonverter mehrere in Reihe geschaltete Schalter beinhaltet und wenigstens einer der mehreren Schalter mit einem verknüpften Knotenstatusdetektor verbunden ist.
  7. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter in Abwesenheit des Empfangs des aktivierten logischen Signals von allen Statusvalidierungsschaltungen an einem Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus gehindert wird.
  8. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter eine symmetrische Vervielfacherkaskaden-Ladungspumpe beinhaltet.
  9. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Knotenstatusdetektor beinhaltet: (a) ein Spannungsteilernetz, das derart gestaltet ist, Eingangsspannungen von gleichstufigen Knotenpaaren innerhalb des wenigstens einen Leistungswandlers zu empfangen und eine skalierte Summe der Eingangsspannungen auszugeben; und (b) eine mit dem Ausgang des Spannungsteilernetzes und mit einer Referenzspannung gekoppelte Vergleichsschaltung, die derart gestaltet ist, das entsprechende Knotenmarkierungssignal zu aktivieren, wenn die Spannung an dem entsprechenden Knoten einen vorgewählten Knotenwert hat.
  10. Detektionsschaltung, derart gestaltet, dass sie mit mehreren parallel verschalteten Leistungskonvertern koppelbar ist, wobei die Leistungskonverter direkt verbundene Ausgänge haben, und beinhaltend für wenigstens einen Leistungskonverter: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor an einen dazugehörigen Knoten des wenigstens einen Leistungskonverters gekoppelt ist und derart gestaltet ist, dass der Knotenstatusdetektor ein dazugehöriges Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem zugehörigen Knoten innerhalb eines vorgewählten Prozentwerts eines entsprechenden Soll-Stationärknotenwerts liegt; (b) einen Ausgangsstatusdetektor, gekoppelt an den Ausgang des wenigstens einen Leistungskonverters und derart gestaltet, dass ein Ausgangsmarkierungssignal aktiviert wird, wenn die Spannung an dem Ausgang innerhalb eines vorgewählten Prozentwerts eines entsprechenden Soll-Stationärausgangswerts liegt; und (c) eine Statusvalidierungsschaltung, die mit dem wenigstens einen Leistungskonverter, dem Ausgangsstatusdetektor und dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor gekoppelt ist, wobei die Statusvalidierungsschaltung derart gestaltet ist, das Ausgangsmarkierungssignal von dem Ausgangsstatusdetektor und das entsprechende Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und ein logisches Signal zu aktivieren, wenn sämtliche empfangenen Markierungssignale aktiviert worden sind.
  11. Erfindung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter derart gestaltet ist, als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  12. Erfindung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter in Abwesenheit des Empfangs des logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung an einem Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus gehindert wird.
  13. Erfindung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter derart gestaltet ist, als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung aus einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  14. Erfindung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter einen Schaltkondensator-Leistungskonverter beinhaltet.
  15. Erfindung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter eine symmetrische Vervielfacherkaskaden-Ladungspumpe beinhaltet.
  16. Erfindung nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Knotenstatusdetektor beinhaltet: (a) ein Spannungsteilernetz, das derart gestaltet ist, Eingangsspannungen von gleichstufigen Knotenpaaren innerhalb des wenigstens einen Leistungswandlers zu empfangen und eine skalierte Summe der Eingangsspannungen auszugeben; und (b) eine mit dem Ausgang des Spannungsteilernetzes und mit einer Referenzspannung gekoppelte Vergleichsschaltung, derart gestaltet, das entsprechende Knotenmarkierungssignals zu aktivieren, wenn die Spannung an dem entsprechenden Knoten einen vorgewählten Knotenwert hat.
  17. Detektionsschaltung, derart gestaltet, dass sie mit mehreren Leistungskonvertern mit direkt verbundenen Ausgängen koppelbar ist, beinhaltend für wenigstens einen Leistungskonverter: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor an einen zugehörigen Pumpkondensatorknoten des wenigstens einen Leistungskonverters gekoppelt ist und derart gestaltet ist, dass der Knotenstatusdetektor ein dazugehöriges Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn der entsprechende Pumpkondensatorknoten ausreichend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist; (b) einen Ausgangsstatusdetektor, gekoppelt mit einem Ausgangskondensator des wenigstens einen Leistungskonverters und derart gestaltet, dass der Ausgangsstatusdetektor ein Ausgangsmarkierungssignal aktiviert, wenn der Ausgangskondensator ausreichend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist; und (c) eine Statusvalidierungsschaltung, gekoppelt mit dem wenigstens einen Leistungskonverter, dem Ausgangsstatusdetektor und dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei die Statusvalidierungsschaltung derart gestaltet ist, das Ausgangsmarkierungssignal von dem Ausgangsstatusdetektor und das entsprechende Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und ein logisches Signal dem wenigstens einen Leistungskonverter bereitzustellen, wenn sämtliche empfangenen Markierungssignale aktiviert worden sind; wobei der wenigstens eine Leistungskonverter derart gestaltet ist, als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals von der Statusvalidierungsschaltung zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  18. Erfindung nach Anspruch 17, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter eine Ladungspumpe beinhaltet.
  19. Erfindung nach Anspruch 17, wobei der wenigstens eine Leistungskonverter eine symmetrische Vervielfacherkaskaden-Ladungspumpe beinhaltet.
  20. Erfindung nach Anspruch 17, wobei der wenigstens eine Knotenstatusdetektor beinhaltet: (a) ein Spannungsteilernetz, derart gestaltet, Eingangsspannungen von gleichstufigen Pumpkondensator-Knotenpaaren zu empfangen und eine skalierte Summe der Eingangsspannungen auszugeben; und (b) eine Vergleichsschaltung, gekoppelt mit dem Ausgang des Spannungsteilernetzes und mit einer Referenzspannung, derart gestaltet, das entsprechende Knotenmarkierungssignal zu aktivieren, wenn die Spannungen der gleichstufigen Pumpkondensator-Knotenpaare vorgewählte Werte haben.
  21. Schaltung, beinhaltend: (a) mehrere parallel verschaltete Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen; (b) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, gekoppelt mit wenigstens einem Pumpkondensatorknoten eines entsprechenden der mehreren Leistungskonverter und derart gestaltet, ein entsprechendes Knotenmarkierungssignal zu aktivieren, wenn der wenigstens eine Pumpkondensatorknoten ausreichend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist; (c) wenigstens einen Ausgangsstatusdetektor, gekoppelt mit einem Ausgangskondensator eines entsprechenden der mehreren Leistungskonverter und derart gestaltet, ein Ausgangsmarkierungssignal zu aktivieren, wenn der Ausgangskondensator ausreichend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist; und (d) wenigstens eine Statusvalidierungsschaltung, gekoppelt mit wenigstens einem der mehreren Leistungskonverter, wenigstens einem der Ausgangsstatusdetektoren und wenigstens einem der Knotenstatusdetektoren, wobei die wenigstens eine Statusvalidierungsschaltung, derart gestaltet ist, (1) das Ausgangsmarkierungssignal und das entsprechenden Knotenmarkierungssignal oder Signale von den gekoppelten Leistungskonvertern und von den gekoppelten Statusdetektoren zu empfangen und (2) ein logisches Signal wenigstens einem gekoppelten Leistungskonverter bereitzustellen, wenn sämtliche empfangenen Markierungssignale aktiviert worden sind; wobei der wenigstens eine gekoppelte Leistungskonverter so gestaltet ist, dass er in Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals von der wenigstens einen Statusvalidierungsschaltung zu einem stationären Betriebsmodus wechselt und dass er an einem Wechseln zum stationären Betriebsmodus bei Abwesenheit des Empfangs des logischen Signals von der wenigstens einen Statusvalidierungsschaltung gehindert ist.
  22. Erfindung nach Anspruch 21, wobei wenigstens einer der mehreren Leistungskonverter einen Schaltkondensator-Leistungskonverter beinhaltet.
  23. Erfindung nach Anspruch 21, wobei wenigstens einer der mehreren Leistungskonverter eine symmetrische Vervielfacherkaskaden-Ladungspumpe beinhaltet.
  24. Erfindung nach Anspruch 21, wobei der wenigstens eine Knotenstatusdetektor beinhaltet: (a) ein Spannungsteilernetz, derart gestaltet, Eingangsspannungen von einem symmetrischen Paar von Pumpkondensatorknoten zu empfangen und eine skalierte Summe der Eingangsspannungen auszugeben; und (b) eine Vergleichsschaltung, gekoppelt mit dem Ausgang des Spannungsteilernetzes und mit einer Referenzspannung, derart gestaltet, das entsprechende Knotenmarkierungssignal zu aktivieren, wenn die Spannungen des symmetrischen Paares von Pumpkondensatorknoten vorgewählte Werte haben.
  25. Verfahren zur Anlauferkennung für mehrere parallel verschaltete Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen, beinhaltend: (a) Überwachen des Ausgangs wenigstens eines Leistungskonverters und Erzeugen eines Ausgangsmarkierungssignals, wenn eine Spannung an dem Ausgang einen vorgewählten Ausgangswert hat; (b) Überwachen von wenigstens einem Knoten des wenigstens einen Leistungskonverters und Erzeugen eines entsprechenden Knotenmarkierungssignals, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem wenigstens einen Knoten einen vorgewählten Knotenwert und/oder eine vorgewählte Polarität hat; und (c) Erzeugen eines logischen Signals, wenn das Ausgangsmarkierungssignal und das Knotenmarkierungssignal oder die Knotenmarkierungssignale entsprechend wenigstens einem der mehreren Leistungskonverter alle aktiviert worden sind.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, ferner beinhaltend, es wenigstens einem Leistungskonverter als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals zu ermöglichen, zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, ferner beinhaltend, wenigstens einen Leistungskonverter bei Abwesenheit des Empfangs des logischen Signals daran zu hindern, zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, ferner beinhaltend, dass wenigstens ein Leistungskonverter aus einem stationären Betriebsmodus als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals wechselt.
  29. Verfahren zur Anlauferkennung für mehrere parallel verschaltete Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen, beinhaltend: (a) Überwachen des Ausgangs des wenigstens einen Leistungskonverters und Erzeugen eines Ausgangsmarkierungssignals, wenn die Spannung an dem Ausgang innerhalb eines vorgewählten Prozentwerts eines entsprechenden Soll-Stationärausgangswerts liegt; (b) Überwachen von wenigstens einem Knoten des wenigstens einen Leistungskonverters und Erzeugen eines entsprechenden Knotenmarkierungssignals, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem wenigstens einen Knoten innerhalb eines vorgewählten Prozentwerts eines entsprechenden Soll-Stationärknotenwerts liegt; und (c) Erzeugen eines logischen Signals, wenn das Ausgangsmarkierungssignal und das Knotenmarkierungssignal oder die Knotenmarkierungssignale entsprechend wenigstens einem der mehreren Leistungskonverter alle aktiviert wurden.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, ferner beinhaltend, es wenigstens einem Leistungskonverter als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals zu ermöglichen, zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  31. Verfahren nach Anspruch 29, ferner beinhaltend, den wenigstens einen Leistungskonverter bei Abwesenheit des Empfangs des logischen Signals daran zu hindern, zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  32. Verfahren nach Anspruch 29, ferner beinhaltend das Wechseln von wenigstens einem Leistungskonverter aus einem stationären Betriebsmodus als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals.
  33. Detektionsschaltung für mehrere parallel verschaltete Leistungskonverter mit direkt verbundenen Ausgängen, beinhaltend für wenigstens einen Leistungskonverter: (a) Überwachen eines Ausgangskondensators von wenigstens einem Leistungskonverter und Erzeugen eines Ausgangsmarkierungssignals, wenn der Ausgangskondensator ausreichend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist; (b) Überwachen von wenigstens einem Pumpkondensatorknoten des wenigstens einen Leistungskonverters und Erzeugen eines entsprechenden Knotenmarkierungssignals, wenn der wenigstens eine Pumpkondensatorknoten ausreichend auf einen vorgewählten Pegel geladen ist; und (c) Erzeugen eines logischen Signals, wenn das Ausgangsmarkierungssignal und das Knotenmarkierungssignal oder die Knotenmarkierungssignale entsprechend wenigstens einem von mehreren Leistungskonvertern alle aktiviert wurden.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, ferner beinhaltend, es wenigstens einem Leistungskonverter als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals zu ermöglichen, zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, ferner beinhaltend, wenigstens einen Leistungskonverter bei Abwesenheit des Empfangs des logischen Signals daran zu hindern, zu einem stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, ferner beinhaltend das Wechseln von wenigstens einem Leistungskonverter aus einem stationären Betriebsmodus als Reaktion auf den Empfang wenigstens des logischen Signals.
  37. Mehrere parallele Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen mit direkt verbundenen Ausgängen, wobei jede Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung derart gestaltet ist, dass sie mit einem oder mehreren Kondensatoren koppelbar ist, und beinhaltend: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor mit einem entsprechenden Knoten der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung gekoppelt ist und derart gestaltet ist, dass der Knotenstatusdetektor ein entsprechendes Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem entsprechenden Knoten ausreicht, um das Anlaufen der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung zum Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus zu ermöglichen; (b) eine Statusvalidierungsschaltung, derart gestaltet, das Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und die mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen an einem Wechseln zum stationären Betriebsmodus zu hindern, bis alle der mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen zum Wechseln zum stationären Betriebsmodus auf Basis des entsprechenden Knotenmarkierungssignals von jeder der mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen bereit sind.
  38. Erfindung nach Anspruch 37, wobei jede Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung mehrere in Reihe geschaltete Schalter beinhaltet und wenigstens einer der mehreren Schalter mit einem zugehörigen Knotenstatusdetektor verbunden ist.
  39. Erfindung nach Anspruch 37, wobei wenigstens ein Knoten der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung der Ausgang der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung ist und wenigstens ein Knotenstatusdetektor mit dem Ausgang der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung gekoppelt ist.
  40. Mehrere parallele Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen mit direkt verbundenen Ausgängen, wobei jede Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung mehrere in Reihe geschaltete Schalter aufweist und so gestaltet ist, dass sie mit einem oder mehreren Kondensatoren koppelbar ist, und beinhaltend: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor mit einem entsprechenden Knoten gekoppelt ist, welcher wenigstens einem der mehreren Schalter in der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung zugeordnet ist, und gestaltet ist, um ein entsprechendes Knotenmarkierungssignal zu aktivieren, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem entsprechenden Knoten ausreicht, um ein Anlaufen der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung zum Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus zu ermöglichen; (b) eine Statusvalidierungsschaltung, die derart gestaltet ist, das Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und die mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen an einem Wechseln zum stationären Betriebsmodus zu hindern, bis alle der mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen zum Wechseln zum stationären Betriebsmodus bereit sind.
  41. Erfindung nach Anspruch 40, wobei wenigstens ein Knotenstatusdetektor mit dem Ausgang der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung gekoppelt ist.
  42. Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung, beinhaltend mehrere in Reihe geschaltete Schalter und einen Ausgang, und so gestaltet, dass sie parallel mit wenigstens einer anderen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung durch direkte Verbindung von jeweiligen Ausgängen koppelbar ist, wobei die Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung beinhaltet: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor mit einem entsprechenden Knoten gekoppelt ist, welcher wenigstens einem der mehreren Schalter in der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung zugeordnet ist, und der derart gestaltet ist, dass er ein entsprechendes Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem entsprechenden Knoten ausreicht, um ein Anlaufen der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung zum Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus zu ermöglichen; (b) eine Statusvalidierungsschaltung, die derart gestaltet ist, das Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und die parallel gekoppelten Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen an einem Wechseln zum stationären Betriebsmodus zu hindern, bis alle parallel gekoppelten Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen zum Wechseln zum stationären Betriebsmodus auf einer Basis des entsprechenden Knotenmarkierungssignals von jeder der mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen bereit sind.
  43. Erfindung nach Anspruch 42, wobei wenigstens ein Knotenstatusdetektor mit dem Ausgang der Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung gekoppelt ist.
  44. Detektionsschaltung, derart gestaltet, dass die Detektionsschaltung mit einer entsprechenden von mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen mit direkt verbundenen Ausgängen koppelbar ist, wobei jede Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung mehrere in Reihe geschaltete Schalter beinhaltet und derart gestaltet ist, dass sie mit einem oder mehreren Kondensatoren koppelbar ist, wobei jede Detektionsschaltung beinhaltet: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor mit einem entsprechenden Knoten der wenigstens einen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung gekoppelt und derart gestaltet ist, dass der Knotenstatusdetektor ein entsprechendes Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem entsprechenden Knoten einen vorgewählten Knotenwert hat; (b) einen Ausgangsstatusdetektor, gekoppelt mit dem Ausgang der wenigstens einen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung, und derart gestaltet, dass ein Ausgangsmarkierungssignal aktiviert wird, wenn eine Spannung an dem Ausgang einen vorgewählten Ausgangswert hat; und (c) eine Statusvalidierungsschaltung, die derart gestaltet ist, das Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und wahlweise das Ausgangsmarkierungssignal von dem Ausgangsstatusdetektor zu empfangen und ein logisches Signal zu aktivieren, wenn alle der empfangenen Markierungssignale aktiviert worden sind; wobei die entsprechende eine der mehreren parallel verschalteten Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen durch die Statusvalidierungsschaltung in Abwesenheit des Empfangs des aktivierten logischen Signals von allen Statusvalidierungsschaltungen der mehreren parallel verschalteten Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen an einem Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus gehindert wird.
  45. Detektionsschaltung, derart gestaltet, dass die Detektionsschaltung mit einer entsprechenden von mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen koppelbar ist, wobei die Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen direkt verbundene Ausgänge haben, wobei jede Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung mehrere in Reihe geschaltete Schalter beinhaltet und derart gestaltet ist, dass sie mit einem oder mehreren Kondensatoren koppelbar ist, wobei jede Detektionsschaltung beinhaltet: (a) wenigstens einen Knotenstatusdetektor, wobei jeder Knotenstatusdetektor mit einem entsprechenden Knoten der wenigstens einen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung gekoppelt und derart gestaltet ist, dass der Knotenstatusdetektor ein entsprechendes Knotenmarkierungssignal aktiviert, wenn die Spannung und/oder der Strom an dem entsprechenden Knoten einen vorgewählten Knotenwert hat; (b) einen Ausgangsstatusdetektor, gekoppelt mit dem Ausgang der wenigstens einen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltung und derart gestaltet, dass er ein Ausgangsmarkierungssignal aktiviert, wenn eine Spannung an dem Ausgang einen vorgewählten Ausgangswert hat; und (c) eine Statusvalidierungsschaltung, die derart gestaltet ist, das Ausgangsmarkierungssignal von dem Ausgangsstatusdetektor zu empfangen und wahlweise das Knotenmarkierungssignal von dem wenigstens einen Knotenstatusdetektor zu empfangen und ein logisches Signal zu aktivieren, wenn alle der empfangenen Markierungssignale aktiviert worden sind; wobei die entsprechende eine der mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen durch die Statusvalidierungsschaltung in Abwesenheit des Empfangs des aktivierten logischen Signals von allen Statusvalidierungsschaltungen der mehreren parallelen Schaltkondensator-Leistungskonverterschaltungen an einem Wechseln zu einem stationären Betriebsmodus gehindert ist.
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