DE112021001008T5

DE112021001008T5 - Ohne-audio-schalten für stromversorgung

Info

Publication number: DE112021001008T5
Application number: DE112021001008.5T
Authority: DE
Inventors: Anmol SHARMA; Thomas Keller; Gerhard Thiele
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-12-22
Also published as: CN115088172A; US20210257898A1; WO2021162882A1; US11101727B1

Abstract

Ein Stromrichter (100) enthält eine Watchdog-Schaltung (104) mit einem Eingang, der ausgelegt ist, an ein Pausensignal eines Schaltnetzteils gekoppelt zu werden. Die Watchdog-Schaltung (104) ist dafür ausgebildet, ein Startsignal an einem Ausgang davon auf Basis des Pausensignals zu liefern, das anzeigt, dass der Stromrichter (100) das Schalten während einer Schwellwertdauer angehalten hat, die kleiner ist als ein hörbarer Schaltbereich. Eine Impulsgeneratorschaltung (110) weist einen Eingang auf, der an den Ausgang der Watchdog-Schaltung gekoppelt und dafür ausgebildet ist, mindestens einen Impuls auf Basis des Startsignals zu generieren. Ein Schalterkreis (114) weist einen Eingangsanschluss auf, der dafür ausgelegt ist, an eine Eingangsspannung gekoppelt zu werden, und mindestens einen anderen Ausgang, der dafür ausgelegt ist, an einen Induktor (116) gekoppelt zu werden. Der Schalterkreis (114) ist dafür ausgebildet, einen negativen Strom von einem Ausgang (120) des Stromrichters durch den mindestens einen anderen Anschluss auf Basis des mindestens einen Impulses zu liefern.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Umsetzen eines Ohne-Audio-Schaltens für eine Stromversorgung.
ALLGEMEINER STAND
Zu Beispielen für Stromversorgungsschaltungen zählen Synchrongleichrichter-Stromrichter, Asynchrongleichrichter-Stromrichter, Resonanzstromrichter und ein beliebiger von einer Vielzahl anderer Arten von schaltenden Stromrichtern. Stromrichter- und Stromversorgungseinrichtungen arbeiten oftmals durch einen Stromsparmodus, wie etwa, wenn an einen Ausgang wenig oder keine Last angelegt ist. In diesen Situationen können Schaltereinrichtungen in Bursts von Schaltaktivität arbeiten, die durch Perioden getrennt sind, wenn die Einrichtung nicht schaltet. Falls die Wiederholrate für solche Bursts eine bestimmte Dauer (z.B. eine Audiodauer) übersteigt, können die Schaltbursts hörbar werden, was in vielen Anwendungen unerwünscht ist.
KURZE DARSTELLUNG
Ein Beispiel enthält einen Stromrichter einschließlich einer Watchdog-Schaltung mit einem Eingang, der ausgelegt ist, an ein Pausensignal einer schaltenden Stromversorgung gekoppelt zu werden. Die Watchdog-Schaltung ist dafür ausgebildet, ein Startsignal an einem Ausgang davon auf Basis des Pausensignals zu liefern, das anzeigt, dass der Stromrichter mit dem Schalten für eine Schwellwertdauer aufgehört hat, die kleiner ist als ein hörbarer Bereich. Eine Impulsgeneratorschaltung hat einen an den Ausgang der Watchdog-Schaltung gekoppelten Eingang und ist dafür ausgebildet, mindestens einen Impuls auf Basis des Startsignals zu generieren. Ein Schalterkreis weist einen Eingangsanschluss auf, der dafür ausgelegt ist, an eine Eingangsspannung gekoppelt zu werden, und mindestens einen anderen Anschluss der dafür ausgelegt ist, an einen Induktor gekoppelt zu werden. Der Schalterkreis ist dafür ausgebildet, einen negativen Strom von einem Ausgang des Stromrichters durch den mindestens einen anderen Anschluss auf Basis des mindestens einen Impulses zu liefern.
Ein weiteres Beispiel liefert ein System, das einen Schalterkreis mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss enthält. Der Eingangsanschluss ist an eine Eingangsspannung gekoppelt, und der Ausgangsanschluss ist an eine Ausgangsspannung des Systems gekoppelt. Eine Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung ist dafür ausgebildet, den Schalterkreis in einem PWM(Impulsbreitenmodulation)-Modus zu steuern, um die Ausgangsspannung relativ zu einer Zielspannung zu regeln. Eine Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung ist dafür ausgebildet, den Schalterkreis zu steuern, um einen negativen Strom als Reaktion auf das Arbeiten in einem Skip-Modus zu liefern, wenn das Schalten während einer Schwellwertdauer pausiert ist, die kleiner ist als eine Dauer zum Betreiben des Schalterkreises in einem hörbaren Bereich. Der negative Strom soll von dem Ausgangsanschluss durch einen Induktor fließen, um die Ausgangsspannung zu entladen. Die Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung ist dafür ausgebildet, von dem Skip-Modus zu dem PWM-Modus auf Basis der Ausgangsspannung und der Zielspannung zu wechseln, um einen Betrieb des Schalterkreises außerhalb des hörbaren Bereichs aufrechtzuerhalten.
Als noch ein weiteres Beispiel beinhaltet ein Verfahren das Empfangen eines Pausensignals mit einem Zustand, der einen Betrieb in einem Skip-Modus anzeigt, in dem ein Schalterkreis eines Stromrichters in einem Impulsbreitenmodulation(PWM)-Modus angehalten hat. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Startsignals auf Basis des Pausensignals als Reaktion auf das Detektieren, dass der Schalterkeis während einer Schwellwertdauer das Schalten angehalten hat. Das Verfahren beinhaltet das Generieren mindestens eines Impulses während des Skip-Modus auf Basis des Startsignals. Das Verfahren beinhaltet das Liefern eines negativen Stroms von einem Ausgang des Stromrichters durch einen Induktor auf Basis des mindestens einen Impulses. Das Verfahren beinhaltet das Entladen einer Ausgangsspannung an dem Ausgang des Stromrichters auf Basis des Burst eines negativen Stroms. Das Verfahren beinhaltet das Wechseln von dem Skip-Modus zu dem PWM-Modus auf Basis der Ausgangsspannung und einer Zielspannung, um einen Betrieb des Schalterkreises außerhalb eines hörbaren Bereichs aufrechtzuerhalten.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das einen Beispielsteuerkreis für dieses Audioschalten darstellt.
2 ist ein Signaldiagramm, das einen Betrieb des Steuerkreises von 1 für das Reduzieren von Ohne-Audio-Schalten darstellt.
3 ist ein anderes Beispiel eines Steuerkreises zum Umsetzen eines Ohne-Audio-Schaltens.
4 ist ein Signaldiagramm für den Steuerkreis von 3.
5A zeigt ein Beispiel eines Tiefsetz-/Hochsetzstellers.
5B ist eine Kurve, die einen durch den Wandler von 5A während eines Ohne-Audio-Schaltens angelegten negativen Induktorstrom zeigt.
6 zeigt ein Signaldiagramm, das ein Beispiel von Steuersignalen zum Betreiben eines Tiefsetz-/Hochsetzstellers darstellt.
7A zeigt ein Beispiel eines Tiefsetzstellers.
7B ist eine Kurve, die einen durch den Wandler von 7A während eines Ohne-Audio-Schaltens angelegten negativen Induktorstrom zeigt.
8 ist ein Signaldiagramm, das Signale darstellt, die mit einer Steuerung der Schaltung von 7A während des Ohne-Audio-Schaltens assoziiert sind.
9 ist ein anderes Signaldiagramm, das Signale darstellt, die mit einer Steuerung des Tiefsetzstellers von 7A während eines Ohne-Audio-Schaltens assoziiert sind.
10 ist ein Signaldiagramm, das ein Beispiel von Signalen darstellt, die mit einem Betrieb eines Hochsetzstellers zum Durchführen eines Ohne-Audio-Schaltens assoziiert sind.
11 zeigt ein Beispiel einer Watchdog-Schaltung.
12 zeigt ein Beispiel eines Impulsgenerators.
13 ist eine Beispielschaltung, die verwendet werden kann, um einen Ein-Zeit-Generator oder einen Aus-Zeit-Generator von 12 umzusetzen.
14 zeigt ein Beispiel einer Gattertreiberschaltung und von Schaltern eines Wandlers wie etwa eines Tiefsetz-/Hochsetzstellers.
15 zeigt ein Beispiel einer integrierten Schaltung für einen Stromrichter, der eine Ohne-Audio-Steuerung umsetzen kann.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren des Betreibens eines Stromrichters in einem Ohne-Audio-Bereich darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ohne-Audio-Steuerschema für einen Stromrichter, wie etwa ein Schaltnetzteil. Die Ohne-Audio-Steuerung ist ausgebildet zum Umsetzen des Schaltens in Bursts, die intermittierend in einem Zeitintervall auftreten, das außerhalb eines hörbaren Bereichs liegt. Beispielsweise ist ein Ohne-Audio-Schaltsteuerkreis dafür ausgebildet, einen Burst eines negativen Stroms (z.B. einen oder mehrere negative Stromimpulse) durch einen Induktor während eines Skip-Modus zu liefern, in dem die Einrichtung nicht schaltet. Der negative Strom fließt von einem Ausgang eines Stromrichters durch einen Induktor, um die Ausgangsspannung auf Basis des negativen Stroms zu entladen. Diese induktive Entladung der Ausgangsspannung gestattet dem Skip-Modus, in dem die Einrichtung nicht schaltet, natürlich erregt zu werden ohne eine Notwendigkeit zum voreiligen Erzwingen eines Impulsbreitenmodulations(PWM)-Arbeitsmodus, um einen Ohne-Audio-Betrieb aufrechtzuerhalten. Das heißt, der negative Induktorstrom entlädt die Ausgangsspannung, um einen natürlichen Wechsel von dem Skip-Modus zu einem aktiven Schaltmodus durch den Hauptsteuerkreis zu verursachen, um die Ausgangsspannung auf Basis dessen zu regeln, dass die Ausgangsspannung unter eine Zielspannung fällt. Weil die Ausgangsspannung auf diese Weise entladen wird, verhindert auch die Steuerung, dass eine positive Nettoenergie sich auf einem Ausgangskondensator am Ausgang des Wandlers anhäuft, was ein Durchgehen vermeidet, das in anderen Ansätzen auftreten kann, die einen PWM-Modus zwingen, einen Ohne-Audio-Betrieb umzusetzen.
Als ein Beispiel enthält ein Stromrichter (z.B. ein Tiefsetzsteller, ein Hochsetzsteller oder ein Tiefsetz-/Hochsetzsteller) einen Hauptsteuerkreis, der dafür ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung auf eine Zielspannung zu regeln. Der Stromrichter enthält auch einen Ohne-Audio-Steuerkreis, der dafür ausgebildet ist, Bursts von negativem Strom zum Entladen der Ausgangsspannung durch den Induktor mit einer Frequenz zu liefern, die außerhalb eines hörbaren Bereichs liegt. Beispielsweise enthält der Ohne-Audio-Steuerkreis eine Watchdog-Schaltung mit einem Eingang, der dafür ausgelegt ist, ein Pausensignal des Stromrichters zu empfangen. Beispielsweise ist das Pausensignal auf H gesetzt, wenn der Wandlerschalterkreis das Schalten angehalten hat und in einem Skip-Modus arbeitet, und ist auf L während des Schaltens in einem PWM-Arbeitsmodus gesetzt. Die Watchdog-Schaltung überwacht die Skip-Dauer (z.B. beginnt, wenn das Pausensignal gesetzt wird), um sicherzustellen, dass die Burst-Schaltfrequenz außerhalb des hörbaren Bereichs bleibt, wie etwa einer Frequenz von mindestens etwa 20 kHz (entsprechend einer Periode von 50 Mikrosekunden oder weniger). Als Reaktion darauf, dass die Watchdog-Schaltung entdeckt, dass das Pausensignal während einer Schwellwertdauer (z.B. etwa 40 Mikrosekunden oder weniger) auf H ist, liefert die Watchdog-Schaltung ein Startsignal. Eine Impulsgeneratorschaltung ist dafür ausgebildet, einen oder mehrere Impulse auf Basis des Startsignals zu generieren. Der eine oder die mehreren Impulse werden genutzt, um den Burst negativen Stroms zum Entladen der Ausgangsspannung zu generieren. Beispielsweise liefert der Impulsgenerator den einen oder die mehreren Impulse an eine Treiberschaltung, die dafür ausgebildet ist, den Wandlerschalterkreis zu steuern, um den negativen Strom durch den Induktor zu liefern.
In einem Beispiel, wo der Schalterkreis durch Feldeffekttransistoren (FETs) umgesetzt ist, kehrt der negative Strom automatisch durch eine Back-Gate-Diode eines jeweiligen FET zu der Eingangsspannung zurück, wenn die Schalter nach einem negativen Burst durch den Induktor ausgeschaltet werden. Wenn die Ausgangsspannung unter die Zielspannung fällt, tritt der Hauptsteuerkreis des Stromrichters in einen PWM-Modus ein, um den Schalterkreis (durch PWM-Schalten) zu steuern, um die Ausgangsspannung bezüglich der Zielspannung zu regeln. Der Hauptsteuerkreis beendet das Schalten des Schalterkreises auf Basis dessen, dass die Ausgangsspannung geregelt wird, und der Stromrichter tritt wieder in den Skip-Modus ein, in dem das Pausensignal auf H geht. Dieser Steuerprozess, der durch den Haupt- und Hilfssteuerkreis während Bedingungen niedriger oder keiner Last umgesetzt wird, kann implementiert werden, um die periodischen Schaltbursts außerhalb des hörbaren Bereichs zu halten.
Weil der Ohne-Audio-Steuerkreis negative Strom-Bursts zum Entladen der Ausgangsspannung vor dem Liefern positiver Impulse anlegt, stellt der Ohne-Audio-Steuerkreis vorteilhafterweise sicher, dass die Spannung nicht durchgehen kann, wie etwa durch wiederholtes Laden eines Ausgangskondensators. Weil Energie zuerst induktiv von der Ausgangsspannung entladen und zu der Eingangsspannung zurückgeschickt wird, kann der hierin offenbarte Ansatz zusätzlich mit vergrößerter Leistungseffizienz im Vergleich zu vielen existierenden Ansätzen arbeiten. Beispielsweise besteht ein existierender Ansatz darin, eine Nennlast an dem Ausgang während eines Stromsparmodus aufrechtzuerhalten, wie etwa wenn eine niedrige oder keine Last extern angelegt ist. Ein derartiger Ansatz führt jedoch zu einem kontinuierlichen Verlust von Energie. Ein weiterer existierender Ansatz besteht darin, ein Schalten mit einer festen Rate zu erzwingen, die außerhalb eines hörbaren Bereichs liegen kann. Dieser andere existierende Ansatz kann jedoch zu einem Durchgehen führen, weil ein Erzwingen des Schaltens die Ausgangsspannung weit über die Zielspannung erhöhen könnte.
Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck „Schaltung“ eine Sammlung von aktiven und/oder passiven Elementen beinhalten, die eine Schaltungsfunktion durchführen, wie etwa eine analoge Schaltung und/oder eine digitale Schaltung. Zusätzlich oder alternativ kann der Ausdruck „Schaltung“ beispielsweise eine integrierte Schaltung (IC) beinhalten, wo alle oder einige der Schaltungselemente auf einem gemeinsamen Substrat (z.B. Halbleitersubstrat, wie etwa ein Die oder Chip) oder innerhalb eines gemeinsamen Package hierin fabriziert werden. Beispielsweise kann eine Schaltungsanordnung aus einem Stromrichter (z.B. die Steuerkreise, Treiber und dergleichen) auf einen IC-Chip umgesetzt werden.
Außerdem wird der Ausdruck „Koppeln“ in der ganzen Patentschrift verwendet. Der Ausdruck kann Verbindungen, Kommunikationen oder Signalpfade abdecken, die eine funktionelle Beziehung ermöglichen, die mit der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt. Falls beispielsweise Einrichtung A ein Signal zum Steuern von Einrichtung B zum Durchführen einer Aktion generiert, ist in einem ersten Beispiel Einrichtung A an Einrichtung B gekoppelt, oder in einem zweiten Beispiel ist Einrichtung A durch eine dazwischenliegende Komponente C an Einrichtung B gekoppelt, falls die dazwischenliegende Komponente C die funktionale Beziehung zwischen Einrichtung A und Einrichtung B nicht wesentlich abändert, so dass Einrichtung B über das durch Einrichtung A generierte Steuersignal durch Einrichtung A gesteuert wird.
1 ist ein Blockdiagramm eines Teils eines Stromrichters 100, der einen Hilfssteuerkreis 102 enthält, der dafür ausgebildet ist, eine Ohne-Audio-Steuerung für den Stromrichter umzusetzen. Der Hilfssteuerkreis 102 kann durch analoge Schaltungen, digitale Schaltungen oder eine Kombination aus analoger und digitaler Schaltungsanordnung umgesetzt werden. Der Stromrichter 100 enthält auch einen Hauptsteuerkreis 103, der dafür ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung VOUT des Stromrichters gemäß einer Zielspannung zu regeln. Wenngleich der Hilfssteuerkreis 102 in 1 so demonstriert ist, dass er von dem Hauptsteuerkreis 103 getrennt ist, könnte in einem anderen Beispiel der Hilfssteuerkreis 102 Teil des Hauptsteuerkreises 103 sein (z.B. darin integriert).
In dem Beispiel von 1 enthält der Hilfssteuerkreis 102 eine Watchdog-Schaltung 104 mit einem Eingang 106, der dafür ausgelegt ist, ein PAUSE-Signal des Stromrichters 100 zu empfangen. Beispielsweise ist das PAUSE-Signal ein binäres Signal, das durch einen Hauptsteuerkreis 103 des Stromrichters 100 generiert wird, wie etwa, um zu spezifizieren, dass ein assoziierter Schalterkreis 114 aufgehört hat zu schalten und der Wandler 100 in einem Skip-Modus (d.h. ein nichtschaltender Skip-Zustand) arbeitet. Der Skip-Modus entspricht einer aufrechterhaltenen Periode der Deaktivierung des oder der Stromschalter des Schalterkreises 114. Wenn die Schalter während des Skip-Modus deaktiviert werden, wie etwa während Bedingungen von leichter oder keiner Last, wird die Amplitude der Ausgangsspannung VOUT auf Basis eines Ausgangskondensators, der an den Ausgang 120 gekoppelt ist, gesetzt. In einem Beispiel ist das PAUSE-Signal während des Skip-Modus auf H und auf L während eines Schalt(z.B. PWM)-Modus. Der PWM-Modus entspricht sequenziell einer Ein-Zeit und Aus-Zeit des oder der Leistungsschalter des Schalterkreises 114, wie etwa Liefern von Strom zu dem Ausgang 120 während eines normalen Lastbetriebs des Stromrichters 100. Falls alleine gelassen, kann sich die durch den Ausgangskondensator gehaltene Ladung aufgrund leichter Lasten oder durch Leckage entladen. Die Watchdog-Schaltung 104 ist dafür ausgebildet, das Startsignal bei 108 als Reaktion auf das Detektieren zu liefern, dass das PAUSE-Signal während einer Schwellwertdauer auf H (z.B. entsprechend dem Arbeiten im Skip-Modus) war. Als ein Beispiel wird die Schwellwertdauer, die zum Auslösen des negativen Strom-Burst verwendet wird, der fest oder programmierbar sein kann, als eine Zeitperiode gesetzt, die ausreicht (z.B. 40 Mikrosekunden oder mehr), um den Hilfssteuerkreis 102 zu aktivieren, um den Stromrichter 100 mit einer Frequenz zu steuern, die außerhalb des hörbaren Bereichs liegt.
In dem Beispiel von 1 ist die Watchdog-Schaltung 104 dafür ausgebildet, ein Startsignal an einen Ausgang 108 zu liefern, um eine Impulsgeneratorschaltung 110 anzuweisen, einen Burst zu initiieren. Das Startsignal bei 108 wird somit genutzt, um das Schalten des Schalterkreises 114 zu erzwingen, der ansonsten während des Skip-Modus deaktiviert ist. Die Impulsgeneratorschaltung 110 ist dafür ausgebildet, einen oder mehrere Impulse als Reaktion auf das Startsignal von der Watchdog-Schaltung 104 zu generieren. In einem Beispiel ist der Impulsgenerator 110 dafür ausgebildet, eine feste Anzahl von einem oder mehreren Impulsen auf Basis des Startsignals zu liefern. In einem anderen Beispiel ist der Impulsgenerator dafür ausgebildet, eine variable Anzahl von Impulsen auf Basis des Startsignals zu liefern. Die Anzahl von Impulsen kann abhängig von der Höhe der Ausgangsspannung zur Zeit des Startsignals variieren. Alternativ kann die Anzahl von Impulsen als Reaktion auf eine Nutzereingabe (z.B. Sichern des Werts in einem Register) programmiert werden. Als ein weiteres Beispiel ist der Impulsgenerator dafür ausgebildet, die Anzahl und/oder Breite von Impulsen auf Basis der Ausgangsspannung VOUT der Stromversorgung relativ zu einer Zielausgangsspannung zu steuern. Beispielsweise kann eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und der Zielspannung (z.B. entsprechend einem Fehlersignal) genutzt werden, um für jede Periode des Skip-Modus gelieferte Impulse zu steuern.
Wie in dem Beispiel von 1 gezeigt, liefert der Impulsgenerator den einen oder die mehreren Impulse an eine Treiberschaltung 112. Die Treiberschaltung 112 weist einen Ausgang auf, der an einen Steuereingang jeder jeweiligen Schaltereinrichtung des Schalterkreises 114 gekoppelt ist. Der Schalterkreis 114 kann eine beliebige Anzahl von N Schaltereinrichtungen (z.B. Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren) abhängig von der Art von umgesetztem Stromrichter enthalten. Der Schalterkreis 114 des Stromrichters 100 enthält einen Eingang 118, der elektrisch an eine Eingangsspannung V_IN gekoppelt ist, und einen Ausgang 120, der an eine Ausgangsspannung VOUT gekoppelt ist. Ein Induktor 116 ist ebenfalls an den Schalterkreis 114 wie etwa durch einen oder mehrere Induktoranschlüsse 122 gekoppelt. Die besondere Anordnung und besonderen Verbindungen zwischen dem Schalterkreis 114 und V_IN und VOUT sowie dem Induktor 116 können abhängig von der Art von umgesetztem Stromrichter variieren.
Der Schalterkreis 114 ist dafür ausgebildet, einen Burst von negativem Strom von dem Ausgang 120 durch den Anschluss 122 und den Induktor 116 auf Basis des einen oder der mehreren, durch den Impulsgenerator bei 111 gelieferten Impulse, zu liefern. Der negative Burst von Strom entlädt die Ausgangsspannung VOUT induktiv, bis der Ausgang unter den Schwellwert fällt und der Hauptsteuerkreis 103 den Betrieb des Stromrichters 100 wieder aufnimmt. Beispielsweise kann der Hauptsteuerkreis 103 Steuersignale an die Treiberschaltung 112 liefern, um den Schalterkreis 114 zum Liefern eines positiven Stroms von dem Eingang 118 durch den Induktor 116 und zu dem Ausgang 120 zu betreiben, um die Ausgangsspannung gemäß einer Zielspannung zu erhöhen. Die Steuerart kann ein erzwungener PWM-Modus oder ein Rampen-PWM-Modus sein, das abhängig von Anwendungsanforderungen variieren kann.
Durch Auslösen des Impulsgenerators 110, um zu bewirken, dass der Schalterkeis 114 einen negativen Burst bei einer Frequenz liefert, die außerhalb des hörbaren Bereichs des Stromrichters liegt, kann der Stromrichter auf eine Weise arbeiten, die frei von Audio ist, das anderweitig möglicherweise für den Nutzer ablenkend sein könnte. Der negative Strom, der geliefert wird, verbessert weiter die Energieeffizienz gegenüber existierenden Ansätzen, wie hierin offenbart, und erfordert auch kein periodische Erzwingen von PWM, um einen Ohne-Audio-Betrieb zu erzielen.
2 ist ein Signaldiagramm 200, das ein Beispiel von Signalen in dem Stromrichter 100 von 1 demonstriert. Das Diagramm 200 enthält einen Induktorstrom 202 entsprechend einem Strom durch den Induktor 116 und den Anschluss 122 von 1. 2 zeigt auch ein Startsignal 204 entsprechend dem Signal am Ausgang 108 der Watchdog-Schaltung 104. Das Diagramm 200 zeigt auch ein PAUSE-Signal 206. Wie in dem Beispiel von 2 demonstriert, wird als Reaktion darauf, dass das Startsignal 204 auf H geht (z.B. bei t1 und t4), ein negativer Burst von Induktorstrom 208 (z.B. durch den Induktor 116) als Reaktion auf eine Reihe von Impulsen (z.B. Impulse 111, durch den Impulsgenerator 110 geliefert) geliefert. Der negative Burst von Induktorstrom 208 weist auch eine bei tneg demonstrierte Dauer auf. Wie hierin offenbart, resultiert der negative Burst von Induktorstrom 208 in der Abnahme der Ausgangsspannung. Als Reaktion auf ein Abnehmen der Ausgangsspannung unter die Zielspannung geht das PAUSE-Signal 206 auf L (zur Zeit t2), wie bei 210 demonstriert. Zu dieser Zeit t2 übernimmt der Hauptsteuerkreis aufgrund dessen, dass die Ausgangsspannung unter die Zielspannung abfällt, den Stromrichter, wie etwa durch Eintreten in einen PWM-Modus und Liefern eines positiven Burst von Induktorstrom, bei 212 demonstriert, bis die Ausgangsspannung geregelt wird (zur Zeit t3) und das Schalten aufhört. Wenn das Schalten (zur Zeit t3) aufhört, geht das PAUSE-Signal, wie bei 216 demonstriert.
Beispielhaft kann der Wechsel zwischen dem negativen Burst 208 und dem nachfolgenden Burst von positivem Induktorstrom 212 (z.B. zur Zeit t2) dadurch gesteuert werden, dass der Hauptsteuerkreis die Ausgangsspannung in einem PWM-Modus regelt. Der positive Induktorstrom 212 erhöht somit den Ausgang durch Anhäufen von Ladung in einem Ausgangskondensator (z.B. an den Ausgang 120 gekoppelt) auf Basis dessen, dass der Steuerkreis die Ausgangsspannung VOUT auf eine Zielspannung regelt. Wenn die Ausgangsspannung VOUT auf das gewünschte Ziel geregelt worden ist, geht das Startsignal 204 auf L, wie bei 214 angegeben, und das PAUSE-Signal 206 geht bei 216 auf H. Beispielsweise aktiviert als Reaktion darauf, dass das PAUSE-Signal bei 216 auf H geht, die Watchdog-Schaltung 104 einen Zeitgeber, um sicherzustellen, dass das Schalten nicht während einer Zeitperiode angehalten wird, die die hörbare Zeitperiode (z.B. etwa 50 Mikrosekunden oder mehr) übersteigt. Auf diese Weise arbeitet der Hilfssteuerkreis 102, um sicherzustellen, dass die Periode zwischen Schaltbursts 218 kleiner ist als die Schwellwertdauer, die, falls sie überschritten wird, zu einem hörbaren Schalten des Stromrichters führen könnte. Wie hierin offenbart, stellen die negativen Bursts am Anfang jedes Burstzyklus sicher, dass die Ausgangsspannung VOUT nicht zu der anhäufenden Ladung auf einem Ausgangskondensator durchgeht. Weil die negativen Bursts die Ausgangsspannung entladen, gestattet der hierin offenbarte Ansatz auch, dass der Hauptsteuerkreis den Skip-Modus natürlich verlässt, und ohne den Wandler in einen Zwangs-PWM-Modus zu zwingen.
3 zeigt ein Beispiel eines Hilfssteuerkreises 300, der zum Umsetzen des Steuerkreises 102 von 1 verwendet werden kann. Der Hilfssteuerkreis 300 enthält eine Watchdog-Schaltung 301 mit einem Eingang, der dafür ausgelegt ist, ein PAUSE-Signal zu empfangen, wie etwa das Pausensignal 106 von dem Hauptsteuerkreis 103, wie in 1 gezeigt. Wie hierin offenbart, kann das PAUSE-Signal anzeigen, ob der Schalterkreis des Stromrichters schaltet oder nicht schaltet. Beispielsweise liefert die Steuerlogik des Hauptsteuerkreises das PAUSE-Signal auf Basis der Ausgangsspannung relativ zu einer Zielspannung (z.B. einen Fehlerverstärker des Hauptsteuerkreises, der die Ausgangsspannung mit der Zielspannung vergleicht). Wenn das PAUSE-Signal auf H ist, zeigt es an, dass sich der Stromrichter in einem Skip-Modus befindet, in dem die Schalterschaltungsanordnung vorübergehend nicht schaltet. Wenn beispielsweise während einer Bedingung von keiner oder leichten Last die Ausgangsspannung VOUT auf oder über dem Ziel liegt, kann der Hauptsteuerkreis in den Skip-Modus eintreten und das Schalten für eine Zeitperiode, während im Skip-Modus, unterbrechen. Das PAUSE-Signal wird an einen Eingang an einem NAND-Gatter 302 sowie an einen Watchdog-Zeitgeber 304 geliefert. Der Watchdog-Zeitgeber 304 kann als eine analoge Zeitgeberschaltung oder digitale Zeitgeberschaltung umgesetzt werden.
Der Watchdog-Zeitgeber 304 ist dafür ausgebildet, ein FORCE_SWITCHING-Signal an einen anderen Eingang des NAND-GATTERS 302 zu liefern. Beispielsweise wird der Watchdog-Zeitgeber 304 so gesetzt, dass sichergestellt wird, dass der Skip-Modus während einer Schwellwertdauer nicht fortgesetzt wird, die es dem Stromrichter gestattet, in den hörbaren Bereich einzutreten. Der Watchdog-Zeitgeber 304 liefert somit das FORCE_SWITCHING-Signal, um anzuzeigen, dass eine Schwellwertdauer ab dem Zeitpunkt verstrichen ist, wenn das PAUSE-Signal gesetzt wurde (z.B. eine Dauer von etwa 40 Mikrosekunden, nachdem das PAUSE-Signal auf H geht), und um das Schalten durch den Schalterkreis zu ermöglichen, wie hierin offenbart, während das PAUSE-Signal auf H bleibt. Das durch den Watchdog-Zeitgeber 304 umgesetzte Zeitintervall kann vorbestimmt oder programmierbar sein. Beispielsweise wird das Zeitintervall gemäß einer Konfiguration von Komponenten in einer analogen Schaltungsanordnung gesetzt, die verwendet wird, um den Watchdog-Zeitgeber umzusetzen, und andere Komponenten können zu anderen Intervallen führen. In einem anderen Beispiel kann das Zeitintervall als ein Wert (z.B. ein Zähler- oder Zeitgeberwert) gesetzt werden, der an eine digitale Schaltungsanordnung geliefert wird, die zum Umsetzen des Watchdog-Zeitgebers 304 verwendet wird. Das NAND-Gatter 302 führt somit eine logische NAND-Operation durch und liefert ein resultierendes Startsignal bei 306 an einen Eingang eines Umsetzers 304. Der Umsetzer liefert somit eine invertierte Version des Startsignals bei 310 entsprechend an einen Eingang eines Impulsgenerators 312.
Beispielsweise entspricht der Impulsgenerator 312 dem Impulsgenerator 110 von 1. Der Impulsgenerator 312 ist dafür ausgebildet, eine Reihe von einem oder mehreren Impulsen zu liefern. Beispielsweise kann es sich bei den Impulsen um eine feste Anzahl von Impulsen oder eine variable Anzahl von Impulsen mit einem festen oder variablen Tastverhältnis handeln. Beispielsweise kann die Anzahl von Impulsen und/oder das Tastverhältnis auf Basis der Arbeitsparameter des Stromrichters gesetzt werden. Der Impulsgenerator liefert den einen oder die mehreren Impulse (z.B. einen Burst aus einem oder mehreren Impulsen) an einem Ausgang 314, der an die Ausgangslogik geliefert wird. Beispielsweise der Burst aus einem oder mehreren Impulsen bei 314 an einen Eingang eines NOR-Gatters 320. Das Startsignal bei 306 wird an einen anderen Eingang des NOR-Gatters 320 geliefert, und das kombinierte Ergebnis (z.B. durch logische NOR-Verknüpfung) liefert ein Impulsausgangssignal, das an einen Eingang des Gattertreibers (z.B. Treiber 112) geliefert wird, um Stromschaltereinrichtungen eines Schalterkreises (z.B. Schalterkreis 114) zu steuern.
4 ist ein Signaldiagramm, das Signale darstellt, die mit dem Betrieb des Hilfssteuerkreises (z.B. Kreis 102 von 1 oder 300 von 3) assoziiert sind, in Kombination mit gewissen Signalen eines den Hilfssteuerkreis verwendenden Stromrichters. Das Signaldiagramm 400 enthält ein FORCE_SWITCHING-Signal 402 entsprechend dem Ausgang des Watchdog-Zeitgebers 304, das operativ ist, um Einschalten zu ermöglichen, während das PAUSE-Signal immer noch auf einem logischen H ist. Das Diagramm 400 zeigt auch ein PAUSE-Signal 404, ein PULSE-Signal (z.B. Impulssignal 111 in 1) sowie ein Induktorstrom (IL)-Signal bei 406 und die Ausgangsspannung (VOUT) bei 408. Die Kombination aus dem FORCE_SWITCHING-Signal 402 und dem PAUSE-Signal 404, auf H, führt dazu, dass der Impulsgenerator das PULSE-Signal 405 liefert, was einen oder mehrere Impulse enthalten kann. Das PULSE-Signal 405 wird zum Ansteuern des Schalterkreises verwendet, um negative Bursts des Induktorstroms 406 zu liefern, wie bei 410 gezeigt. Beispielhaft geht das FORCE_SWITCHING-Signal 402 auf ein logisches H, sobald der Watchdog-Zeitgeber abläuft, und es bleibt auf einem logischen H während einer vorbestimmten Dauer, als Impulsbreite 403 dargestellt. Das FORCE_SWITCHING-Signal 402 könnte entweder in dem Watchdog selber oder an der Grenze von Hauptsteuerkreis und Watchdog generiert werden. Wenn das FORCE_SWITCHING auf einem logischen H ist und das PAUSE-Signal auf einem logischen H ist, wird der Impulsgenerator aktiviert, um das PULSE-Signal 405 mit einem oder mehreren Impulsen zu generieren. In dem Beispiel von 4 liefert der Impulsgenerator das PULSE-Signal 405 mit vier Impulsen, wenn die Signale FORCE _SWITCHING und PAUSE beide auf einem logischen H sind. In einem anderen Beispiel kann eine andere Anzahl von Impulsen verwendet werden, um das PULSE-Signal 405 zu liefern, wie hierin offenbart. Das PULSE-Signal 405 steuert den Wandler zum ersten Schalten mit einem oder mehreren negativen Impulsen 410 aus Induktorstrom und dann Schalten auf ein natürliches Schalten bei 414 gezeigt. Während der negativen Bursts aus Induktorstrom 410 nimmt die Ausgangsspannung 408 entsprechend ab, wie bei 415 gezeigt. Als Reaktion darauf, dass die Ausgangsspannung um ein ausreichendes Ausmaß abnimmt, übernimmt der Hauptsteuerkreis zum Verlassen des Skip-Modus und Wiederaufnehmen des Schaltens, um die Ausgangsspannung VOUT zu dem Ziel zu regeln. Somit wird das PAUSE-Signal auf L deaktiviert, wie bei 412 gezeigt, wenn das Schalten wiederaufgenommen wird. Als Reaktion steuert der Hauptsteuerkreis die Schaltereinrichtungen des Wandlers, um einen Burst aus positivem Induktorstrom anzulegen, bei 414 demonstriert. Wie gezeigt, nimmt die Ausgangsspannung zu und wird entsprechend auf die Zielspannung geregelt, wobei dann FORCE_SWITCHING 402 auf einen logischen L zurückgesetzt wird, wie bei 416 gezeigt. Wenn das FORCE_SWITCHING-Signal auf ein logisches L geht, bei 416, ist der Hauptkreis dafür ausgebildet, natürlich in den Skip-Zustand einzutreten, und das PAUSE-Signal geht aufgrund dessen auf ein logisches H, dass die Ausgangsspannung VOUT über die Zielspannung ansteigt, zu der sie geregelt wird. Das PAUSE-Signal 404 wird auf ein logisches H gesetzt, wenn das Schalten beendet wird, um den Watchdog-Zeitgeber 304 auszulösen, die Ohne-Audio-Steuerung zu wiederholen.
5A veranschaulicht ein Beispiel eines Tiefsetz-Hochsetzstellers 500. 5B ist eine Kurve eines Induktorstroms, bei 502 gezeigt, der während des negativen Bursts von Induktorstrom für den Wandler 500 auftritt. In diesem Beispiel enthält der Tiefsetz-Hochsetzsteller 500 eine erste Schaltereinrichtung S1, die zwischen eine Eingangsspannung VIN und einen Induktoranschlussknoten L1 gekoppelt ist. Eine zweite Schaltereinrichtung S2 ist zwischen den Induktoranschluss L1 und elektrische Masse gekoppelt. Eine dritte Schaltereinrichtung ist zwischen eine Ausgangsspannung VOUT und einen zweiten Induktorknoten L2 gekoppelt. Eine vierte Schaltereinrichtung S4 ist zwischen den Induktorknoten L2 und elektrische Masse gekoppelt. In diesem Beispiel ist ein Ausgangskondensator COUT zwischen die Ausgangsspannung VOUT und elektrische Masse gekoppelt.
Wie hierin offenbart, ist ein Hilfssteuerkreis, wie er möglicherweise als Steuerkreis 102 oder 300 umgesetzt ist, dafür ausgebildet, die Schaltereinrichtungen S1, S2, S3 und S4 zu steuern, um eine Ohne-Audio-Steuerung umzusetzen. Beispielsweise steuert der Hilfssteuerkreis die Schaltereinrichtungen S1, S2, S3 und S4, um einen oder mehrere negative Bursts von Induktorstrom zu liefern, so dass sich eine positive Nettoladung nicht auf dem Ausgangskondensator COUT ansammelt.
Wie in der Kurve 502 von 5B gezeigt, werden während einer EIN-Periode (TON), wie sie etwa auftritt, wenn das PULSE-Signal 111 oder 405 auf einem logischen H ist, die Stromschaltereinrichtungen S2 und S3 eingeschaltet und ein Strom fließt entlang des Strompfads 508 von dem Ausgang durch S3 durch den Induktor zwischen L2 und L1 und durch den Schalter S2. Während des TON-Intervalls werden S1 und S4 ausgeschaltet. Während einer zweiten Phase der negativen Bursts, als TOFF gezeigt, wie es etwa auftritt, wenn das PULSE-Signal 111 oder 405 ein logisches L ist, werden S1, S2, S3 und S4 alle ausgeschaltet. Somit fließt während TOFF der Induktorstrom weiter, aber von Masse durch die Back-Gate-Diode von S4, durch den Induktor (von L2 zu L1) und durch die Back-Gate-Diode von S1, um Energie zu VIN zurückzuschicken. In einem Beispiel kann, um sicherzustellen, dass sich ein negativer Strom nicht von Zyklus zu Zyklus für den Wandler 500 aufbaut, TON wie folgt gesetzt werden: $TON< (VIN + 2*Vd) / (VIN + VOUT + 2*Vd) * T$
wobei:

Vd die Back-Gate-Diodenspannung (z.B. Vd ≈ 0.7V) bezeichnet, und
T bezeichnet die Periode von Impulsen (T=TON+TOFF).

Die zum Setzen von TON verwendete obige Formel kann auf Basis des Typs von verwendetem Wandler variieren.
Somit wird durch das Tri-Stating sowohl der Tiefsetz- als auch Hochsetzstromstufe des Wandlers 500 gespeicherte Energie von COUT (während TON) zu dem Induktor transferiert, die dann durch jeweilige Back-Gate-Dioden zu der Eingangsspannung (während TOFF) zurückgeschickt wird, als Strompfad 510 gezeigt. In einigen Beispielen können die Phasen TON und TOFF jedes Impulses über eine Anzahl von Impulsen gemäß der Anzahl von einer oder mehreren generierten Impulsen (z.B. durch den Impulsgenerator 110 oder 312) wiederholt werden. Dementsprechend wird während jeder TON-Phase die Ausgangsspannung VOUT durch den Pfad 508 entladen, um einen negativen Strom durch den Induktor L zu liefern. Während einer T_OFF-Phase werden die Schalter S1, S2, S3 und S4 ausgeschaltet und der negative Strom fließt weiter durch den Induktor L von Masse zu der Eingangsspannung VIN gemäß der in dem Induktor während TON gespeicherten Energie.
6 ist ein Signaldiagramm, das Signale von dem Tiefsetz-/Hochsetzsteller 500 von 5A sowie entsprechende Signale zeigt, die mit dem Betrieb eines Hilfssteuerkreises (z.B. Steuerkreis 102 oder 300) assoziiert sind, wie hierin offenbart. Das Signaldiagramm 600 enthält somit eine Ausgangsspannung (VOUT) 602, einen Induktorstrom (IL) 604, die PAUSE-Signale 606, ein FORCE_SWITCHING-Signal 608 und ein PWM_MODE-Signal 610. Beispielsweise entspricht das Ausgangsspannungssignal 602 VOUT in 5A, und der Induktorstrom 604 entspricht einem Strom zwischen L1 und L2, wie etwa bei 510 und 508 gezeigt, während der Phasen TON und TOFF während der negativen Strom-Bursts.
Wie in 6 gezeigt, ist das PAUSE-Signal eine invertierte Version des PWM_MODE-Signals 610. Wenn das PWM_MODE-Signal auf H ist, setzt der Hauptsteuerkreis somit das PWM-Schalten für den Stromrichter 500 um. Wie in 6 gezeigt, werden negative Bursts von Strom an den Induktor zu Beginn jeder Schaltburstphase auf Basis der AND-Verknüpfung der Signale FORCE_SWITCHING 608 beziehungsweise PAUSE 606 angelegt. Dies führt zu negativen Impulsen des Induktorstroms 604, bei 612 gezeigt. Wie hierin offenbart, führt der negative Induktorstrom zu einer entsprechenden Abnahme bei der Ausgangsspannung 602 (durch Entladen des Ausgangskondensators COUT), bis der Hauptsteuerkreis detektiert, dass die Ausgangsspannung unter einer Zielspannung liegt. Auf Basis des Vergleichens der Ausgangsspannung und der Zielspannung deaktiviert der Hauptsteuerkreis das PAUSE-Signal und setzt das PWM_MODE-Signal, um in einen PWM-Modus einzutreten zum kontinuierlichen Schalten, um positive Stromimpulse durch einen Induktor zu liefern, um die Ausgangsspannung auf die gewünschte Zielspannung zu regeln. Wenn die Ausgangsspannung geregelt wird, setzt der Hauptsteuerkreis das PAUSE-Signal (ein logisches H) und deaktiviert das PWM_MODE-Signal (auf ein logisches L). Wie hierin beschrieben, wird das Zeitintervall zwischen dem, dass das FORCE_SWITCHING-Signal auf H geht, bei 620 gezeigt, durch die Watchdog-Schaltung so gesteuert, dass es kleiner ist als die hörbare Dauer für den Wandler 500. Auf diese Weise kann hörbares Schaltrauschen während eines Betriebs des Stromrichters verhindert werden, einschließlich beim Arbeiten in einem Stromsparmodus. Außerdem kann der Stromrichter den Skip-Modus durch Verringern der Ausgangsspannung durch ein induktives Entladen der Ausgangsspannung natürlich verlassen.
7A zeigt ein Beispiel eines Tiefsetzstellers 700, der ein Ohne-Audio-Steuerschema umsetzen kann. 7B ist eine Kurve von Induktorstrom, bei 502 gezeigt, die während des negativen Bursts von Induktorstrom für den Tiefsetzsteller 700 auftritt. Der Tiefsetzsteller 700 enthält einen Schalter S1, der zwischen eine Eingangsspannung VIN und einen Induktoranschluss L1 gekoppelt ist. Eine andere Schaltereinrichtung S2 ist zwischen einen Induktoranschluss L1 und elektrische Masse gekoppelt. Ein Induktor ist zwischen den Induktoranschluss L1 und einen Ausgang des Wandlers 700 entsprechend einer Ausgangsspannung VOUT gekoppelt. Ein Ausgangskondensator COUT ist zwischen den Ausgang des Wandlers und elektrische Masse gekoppelt.
Als ein Beispiel ist der Hilfssteuerkreis, wie er möglicherweise durch den Steuerkreis 102 oder 300 umgesetzt ist, dafür ausgebildet, den Stromrichter 700 zu betreiben, um hörbares Schaltrauschen zu verhindern. Wie hierin offenbart, wird die Ohne-Audio-Steuerung erreicht, indem ein negativer Burst von Strom durch den Induktor L1 angelegt wird, um die Ausgangsspannung VOUT mit einer Rate zu entladen, die sich mit einer Frequenz außerhalb des hörbaren Bereichs des Wandlers 700 wiederholt. Unter Bezugnahme auf 7B wird während einer Phase (TON) des negativen Burst, wie sie etwa auftritt, wenn das PULSE-Signal 111 oder 405 auf einem logischen H ist, die Schaltereinrichtung S1 ausgeschaltet und der Schalter S2 eingeschaltet, so dass ein Strom entlang eines Strompfads 704 fließt, der von dem Ausgang VOUT durch den Induktor L, den Induktoranschluss L1 und durch den Schalter S2 zu Masse verläuft. Dieser negative Strom durch den Induktor L speichert Energie in dem Induktor. Deshalb fließt während einer nächsten Phase des Impulses (TOFF), wie sie etwa auftritt, wenn das PULSE-Signal 111 oder 405 auf einem logischen L ist, der Strom entlang des Pfads 706 durch die Back-Gate-Diode von S1, während beide Schalter S1 und S2 ausgeschaltet sind. Das heißt, der Strom fließt entlang des Pfads 706 von dem Ausgang VOUT durch den Induktor L1 und durch die Back-Gate-Diode der Schaltereinrichtung S1, um Energie zu der Eingangsspannung VIN zurückzuführen. Wie hierin offenbart, kann der negative Entladungsburst, der durch den Hilfssteuerkreis generiert wird, einen einzelnen Impuls oder mehrere Impulse enthalten. Jeder Impuls enthält dabei eine TON- und eine TOFF-Phase, wie etwa hierin offenbart.
8 ist ein Signaldiagramm, das Signale in dem Tiefsetzsteller 700 von 7A zeigt, der mit dem Umsetzen eines Ohne-Audio-Schaltens assoziiert ist. Das Signaldiagramm 800 enthält einen Induktorstrom (IL) 802, eine Ausgangsspannung (VOUT) 804 und eine Schalterspannung (VSW) 806, die der Spannung am Knoten L1 von 7A entspricht. Wie hierin offenbart, wird der negative Stromimpuls 808 mit einer Frequenz angelegt, um sicherzustellen, dass das Schalten außerhalb des Audiobereichs liegt. In dem Beispiel von 8 wird ein erster einzelner negativer Stromimpuls 808 zum Beginn eines Burst angelegt, und ein zweiter negativer Impuls 810 wird innerhalb einer Dauer des ersten Impulses angelegt, um sicherzustellen, dass das Schalten außerhalb von Audio bleibt. Nach dem zweiten negativen Impuls 810 geht die Ausgangsspannung VOUT bei 804 zu dem Schwellwert des Vergleichers (z.B. 1,5 V), um den Stromrichter aus dem Skip-Modus zu nehmen und in den PWM-Schaltmodus zu bringen. Der Hauptsteuerkreis steuert den Betrieb der Schalter S1 und S2 während des PWM-Schaltmodus, um einen positiven Strom an die Ausgangsspannung zum Laden des Kondensators COUT anzulegen. 8 liefert ein Beispiel, wo nur ein einzelner negativer Impuls verwendet wird, wie etwa dadurch, dass der Impulsgenerator 110 oder 312 ein einzelnes PULSE-Signal liefert.
9 ist ein Signaldiagramm 900, das ein weiteres Beispiel des Betriebs des Tiefsetzstellers 700 von 7A zeigt, der eine Ohne-Audio-Steuerung umsetzt. In dem Beispiel von 9 werden mehrere negative Impulse zum Ansteuern von Schaltern mit einem Tastverhältnis angelegt, und jeder Impuls enthält eine TON-Phase und eine TOFF-Phase, wie bezüglich 7B offenbart. In 9 enthält das Signaldiagramm 900 ein FORCE_SWITCHING-Signal 902, ein PAUSE-Signal 904, ein Induktorstromsignal (IL) 906 und eine Ausgangsspannung (VOUT) 908. Wie hierin offenbart, initiiert die Watchdog-Schaltung (z.B. Schaltung 104 oder 301) den Start von negativen Strombursts 910 auf Basis dessen, dass die Signale FORCE_SWITCHING and PAUSE auf H sind. In diesem Fall enthält der negative Stromburst 910 des Induktorstroms 906 mehrere (z.B. vier) Impulse zu Beginn jedes negativen Burst, wie etwa auf Basis des PULSE-Signals generiert, generiert durch den Impulsgenerator 110 oder 312 als eine Reihe von jeweiligen Impulsen. Der Ohne-Audio-Steuerkreis stellt sicher, dass negative Impulse in jedem Burst angelegt werden, um die Ausgangsspannung VOUT zu entladen (z.B. durch Steuern der Schalter S1 und S2, wie bezüglich 7 beschrieben), bevor die Ausgangsspannung VOUT gemäß dem Ziel geladen wird. Der Ohne-Audio-Steuerkreis behält somit die Periode jedes PAUSE-Signals, bei 914 gezeigt, bei, um innerhalb einer Ohne-Audio-Dauer zu bleiben (z.B. weniger als 50 Mikrosekunden). Der während des negativen Burst 910 angelegte negative Induktorstrom IL verringert somit die bei 908 gezeigte Ausgangsspannung VOUT im gleichen Maß mit dem negativen Induktorstrom 910. Als Reaktion auf das Fallen der Ausgangsspannung unter die Zielspannung ist der Hauptsteuerkreis dafür ausgebildet, PWM-Schalten zu nutzen, um die Ausgangsspannung zu regeln, indem ein positiver Induktorstrom während der Restdauer dessen angelegt wird, dass das FORCE_SWITCHING-Signal 902 gesetzt wird.
Wie erwähnt, kann die Ohne-Audio-Steuerung auf einen beliebigen DC-DC-Wandler (z.B. Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller oder Tiefsetz-/Hochsetzsteller) angewendet werden. 10 zeigt ein Beispiel eines Signaldiagramms 1000 für einen (nicht gezeigten) beispielsweisen Hochsetzsteller. Beispielsweise kann unter Bezugnahme auf den Tiefsetz-/Hochsetzsteller 500 von 5 ein Hochsetzsteller umgesetzt werden durch permanentes Kurzschließen von S1 und indem S2 ein offener Kreis gemacht wird. Das Signaldiagramm 1000 enthält ein FORCE_PWM-Signal 1002, ein FORCE_SWITCHING-Signal 1004, ein PAUSE-Signal 1006, ein Induktorstromsignal (IL) 1008 und ein Ausgangsspannungssignal (VOUT) 1010. In dem Beispiel von 10 wird der negative Stromburst 1012 an den Induktor angelegt, wie etwa durch einen Ohne-Audio-Steuerkreis 102 oder 300 umgesetzt, auf Basis dessen, dass die Signale FORCE_SWITCHING und PAUSE auf H sind, um zu einer entsprechenden Abnahme bei der Ausgangsspannung 1010 zu führen. In diesem Beispiel geht das PAUSE-Signal natürlich auf L als Reaktion darauf, dass der Hauptsteuerkreis, wie etwa der Steuerkreis 103, die Abnahme bei der Ausgangsspannung 1010 bezüglich einer Zielspannung detektiert. Als Reaktion setzt der Hauptsteuerkreis des Hochsetzstellers das FORCE_PWM-Signal 1002 auf H und setzt wiederum das PWM-Schalten um, bis FORCE_PWM deaktiviert wird. Nachdem das Schalten des Stromrichters anhält, tritt der Wandler in den Skip-Modus ein, wie es dadurch angezeigt wird, dass das PAUSE-Signal 1006 auf ein logisches H gesetzt wird. Die Dauer zwischen dem, dass das PAUSE-Signal in sequenziellen Zyklen auf L geht, wird bei 1014 gezeigt.
11 veranschaulicht ein Beispiel einer Watchdog-Zeitgeberschaltung 1100, wie sie etwa in der Watchdog-Schaltung 104 oder als der Watchdog-Zeitgeber 304 umgesetzt sein kann. Die Watchdog-Zeitgeberschaltung 1100 weist einen Eingang 1102 zum Empfangen eines Startsignals auf, wie er etwa entsprechend dem hierin offenbarten PAUSE-Signal. Das PAUSE-Signal kann somit bei 1102 angelegt werden, um die Watchdog-Zeitgeberschaltung 1100 zu initiieren. Der Eingang 1102 ist durch einen Reihenwiderstand 1106 an den Eingang eines Schmidt-Triggers 1104 angeschlossen. Ein Kondensator 1108 ist zwischen den Eingang des Schmidt-Triggers 1104 und elektrische Masse geschaltet. Der Widerstand 1106 und der Kondensator 1108 bilden somit eine RC-Schaltung, um die mit dem Watchdog-Zeitgeber 1100 assoziierte Zeitkonstante zu setzen. Somit können die Werte des Widerstandswerts und der Kapazität ausgebildet werden, um eine Schwellwertdauer der Zeitgeberschaltung 1100 zu setzen, um den Wandler in dem Ohne-Audio-Bereich zu betätigen (z.B. weniger als 50 Mikrosekunden zwischen aufeinanderfolgenden Schaltintervallen). Ein Schalter 1110 ist zwischen den Eingang des Schmidt-Triggers und elektrische Masse gekoppelt. Ein RESET-Signal kann an den Schalter 1110 angelegt werden, um den Kondensator periodisch zu entladen, wie etwa bei Start jedes Zyklus. Somit kann die Zeitgeberschaltung 1100 ein WATCHDOG_EXPIRE-Signal liefern, das anzeigt, wann die Dauer ab dem Startsignal bei 1102 (z.B. entsprechend dem PAUSE-Signal) die durch die RC-Schaltung davon gelieferte gesetzte Schwellwertdauer erreicht hat. Beispielsweise entspricht das WATCHDOG-EXPIRE-Signal dem Setzen, dass das FORCE_SWITCHING-Signal auf ein logisches H gesetzt wird, wie hierin offenbart. Während das Beispiel von 11 eine analoge Umsetzung des Watchdog-Zeitgebers darstellt, kann eine entsprechende digitale Umsetzung ebenfalls genutzt werden, in der ein digitaler Zähler gemäß einer Taktfrequenz zum Setzen der Schwellwertdauer zwischen Bursts zum Arbeiten in dem Ohne-Audio-Bereich getaktet wird, wie hierin offenbart.
12 zeigt ein Beispiel eines Impulsgenerators 1200, wie er möglicherweise genutzt werden kann, um den hierin offenbarten Impulsgenerator 110 oder 312 umzusetzen. In dem Beispiel von 12 enthält der Impulsgenerator 1200 einen Eingang 1202 zum Empfangen eines START-Impulssignals, wie entsprechend dem durch die Watchdog-Schaltung 104 oder das Signal bei 310 in 3 gelieferte Startsignal. Das START-Signal wird an einen Eingang eines AND-Gatters 1204 geliefert. Das AND-Gatter 1204 empfängt auch einen Eingang von einer Rückkopplung von der Aus-zeit (TOFF) des Impulses, der durch den Impulsgenerator 1200 generiert wird. Beispielsweise wird ein Ausgang des Impulsgenerators durch einen Inverter 1206 an den Eingang des AND-Gatters angelegt. Der Ausgang des AND-Gatters an einen Eingang eines Ein-Zeit-Generators 1208. Der Ein-Zeit-Generator liefert ein TON-Ausgangssignal an einen Eingang eines Inverters 1210. Das invertierte Einschaltsignal wird an einen Eingang eines AND-Gatters 1212 angelegt. Ein anderer Eingang des AND-Gatters 1212 ist das an den Eingang 1202 gelieferte START-Signal. Der Ausgang des AND-Gatters 1212 wird an einen Eingang eines Aus-Zeit-Generators 1214 geliefert, der dafür ausgebildet ist, das TOFF-Signal an den oben erwähnten Inverter 1206 zu liefern. Ein anderes AND-Gatter 1216 weist einen Eingang auf, der an den Ausgang des Ein-Zeit-Generators gekoppelt ist, um das TON-Signal zu empfangen. Ein anderer Eingang des AND-Gatters 1216 ist an das bei 1212 gelieferte START-Signal gekoppelt. Das AND-Gatter 1216 liefert somit einen entsprechenden Ausgang PULSE mit einer Ein-Zeit und einer Aus-Zeit auf Basis der Zeitsteuerkonfiguration jedes des Ein-Zeit-Generators 1208 und des Aus-Zeit-Generators 1214. Der Ausgang PULSE entspricht somit dem Ausgang des hierin offenbarten Pulsgenerators 110 oder 312.
Als ein noch weiteres Beispiel kann jeder des Ein-Zeit-Generators und des Aus-Zeit-Generators gemäß der beispielhaften Zeitsteuerschaltung 1300 von 13 umgesetzt werden. Die Schaltung 1300 ist dafür ausgebildet, die Zeitsteuerung für die Ein-Zeit und Aus-Zeit für jeden Ausgangsimpuls zu setzen, der durch den Impulsgenerator 1200 generiert wird. Beispielhaft enthält die Schaltung 1300 einen Widerstand 1302, der an einen Eingang eines Schmidt-Triggers 1304 gekoppelt ist. Ein Kondensator 1306 ist an einen Knoten zwischen dem Widerstand 1302 und dem Schmidt-Trigger 1304 gekoppelt. Die Werte des Widerstands 1302 und des Kondensators 1306 definieren eine RC-Zeitkonstante, die gesetzt werden kann, um die Zeitsteuerung der Schaltung 1300 zu definieren. Der Ausgang des Schmidt-Triggers wird an einen Eingang eines AND-Gatters 1308 geliefert, um ein logisches Ausgangssignal auf Basis des Ausgangs des Schmidt-Triggers 1304 und des Eingangs der Schaltung 1300 zu liefern, die ebenfalls an einen anderen Eingang des AND-Gatters 1308 gekoppelt ist. Auf diese Weise können die Zeitsteuerung und Verzögerung zwischen dem Eingang und Ausgang der Schaltung so gesetzt werden, dass gewünschte Ein- und Aus-Zeiten der Impulsgeneratorschaltung 1200 in 12 erzielt werden.
14 zeigt ein Beispiel einer Gattertreiberschaltung 1400, wie sie etwa als der Treiber 112 umgesetzt werden kann, in einem Tiefsetz-/Hochsetzsteller (z.B. entsprechend dem Wandler 500 von 5). Somit enthält die Schaltung 1400 in diesem Beispiel Schalter S1 und S2, die zwischen eine Eingangsspannung VIN und elektrische Masse gekoppelt sind. Ein anderer Satz von Schaltern S3 und S4 ist zwischen VOUT und eine elektrische Masse gekoppelt. Ein Knoten zwischen S1 und S2 entspricht zwischen einem ersten Induktoranschluss, und ein Knoten zwischen S3 und S4 entspricht einem zweiten Induktoranschluss. Ein Induktor L ist zwischen Induktoranschlüsse geschaltet. In diesem Beispiel entspricht jeder der Schaltereinrichtungen S1, S2, S3 und S4 Feldeffekttransistoren; obwohl andere Typen von Transistorbauelementen in anderen Beispielen verwendet werden können. Ein entsprechender Treiber 1402, 1404, 1406 und 1408 ist an ein Gatter G1, G2, G3 und G4 jedes der jeweiligen Schaltereinrichtungen gekoppelt. Beispielsweise kann jeder der Treiber 1402, 1404, 1406 und 1408 als sehr starke digitale Treiber umgesetzt werden, um jeweilige Impulse zu liefern, um die Gatter jedes der Schaltereinrichtungen während Schaltoperationen für den negativen Burst und positive Schaltmodi zu steuern. Ein Einschaltsignal für die Schaltereinrichtung S1 wird an einen Eingang eines Inverters 1410 angelegt. Das invertierte Einschaltsignal S1 wird an eine Nichtüberlappungsschaltung 1412 angelegt, um entsprechende Steuersignale an jeden der Gattertreiber 1402 beziehungsweise 1404 zu liefern. Die Nichtüberlappungsschaltung ist so ausgebildet, dass sie sicherstellt, dass jede der Schaltereinrichtungen S1 und S2 auf gegenseitig exklusive Weise arbeiten, so dass sie nicht beide gleichzeitig eingeschaltet sind. Analog wird ein Einschaltsignal S3 an einen Inverter 1414 angelegt, und das invertierte Signal wird an eine andere Nichtüberlappungsschaltung 1416 angelegt. Die Nichtüberlappungsschaltung 1416 ist an jeden der jeweiligen Treiber 1406 und 1408 gekoppelt und ist ausgelegt um sicherzustellen, dass der Betrieb der Schaltereinrichtungen S3 und S4 nicht beide gleichzeitig eingeschaltet sind. Als ein Beispiel können die Nichtüberlappungsschaltungen 1412 und 1416 als kreuzgekoppelte Logik umgesetzt werden, die eine Anordnung aus NAND- oder NOR-Gattern enthält, die dafür ausgebildet sind, die jeweiligen nicht überlappenden Einschalt- und Ausschaltsignale zu liefern. Andere Typen von Schaltungsanordnung, wie etwa Antikreuzleitungsschaltungen, können genutzt werden, um die Nichtüberlappungsschaltungen 1412 und 1416 umzusetzen, um einen gegenseitig exklusiven Betrieb der Schalter S1 und S2 sowie S3 und S4 sicherzustellen.
15 zeigt ein Beispiel eines Stromrichters 1500, der eine Ohne-Audio-Steuerung umsetzen kann. In dem Beispiel von 15 enthält der Stromrichter 1500 einen integrierten Schaltungschip (IC) 1502, der als ein Tiefsetz-/Hochsetzstromrichter ausgebildet ist. Der Wandler kann analog verwendet werden, um andere Arten von hierin offenbarten Stromrichtern umzusetzen (z.B. Hochsetz- oder Tiefsetzsteller). Der Stromrichter 1500 enthält einen externen Induktor 1504, der zwischen Induktoranschlüsse LX1 und LX2 des IC-Chips 1502 gekoppelt ist. Der IC-Chip 1502 enthält auch einen Eingangsanschluss 1506, der dafür ausgelegt ist, an eine Eingangsspannung VIN gekoppelt zu werden, und einen Ausgangsanschluss 1508, der dafür ausgelegt ist, an eine Ausgangsspannung VOUT gekoppelt zu werden. Beispielsweise ist ein Ausgangskondensator als Teil des Stromrichters 1500 an den Anschluss 1508 gekoppelt.
Der IC-Chip 1502 enthält einen Schalterkreis 1510, die an den Eingangsanschluss 1506 und den Ausgangsanschluss 1508 gekoppelt ist. Der Induktor 1504 befindet sich somit zwischen dem Schalterkreis und dem Ausgangsanschluss. In dem Beispiel von 15 enthält den Schalterkreis 1510 Schaltereinrichtungen S1, S2, S3 und S4. Beispielsweise sind die Schaltereinrichtungen S1, S2, S3 und S4 als Feldeffekttransistoren demonstriert, wobei jeder zwischen dem Source und dem Drain eine Back-Gate-Diode aufweist. In anderen Beispielen können andere Arten von Transistorbauelementen verwendet werden. S1 ist zwischen Anschluss 1506 und LX1 gekoppelt. Die Schaltereinrichtung S2 ist zwischen LX1 und einen Masseanschluss 1512 gekoppelt. Die Schaltereinrichtung S2 ist zwischen Masseanschluss 1512 und LX2 gekoppelt. Die Schaltereinrichtung S4 ist zwischen LX2 und den Ausgangsanschluss 1508 gekoppelt. Eine Gattertreiberschaltungsanordnung 1514 ist an die Gatter von S1 und S2 gekoppelt, und eine andere Gattertreiberschaltungsanordnung 1516 ist an die Gatter von S3 und S4 gekoppelt. Der IC enthält einen Controller 1520, der dafür ausgebildet ist, eine Steuerlogik umzusetzen.
Der Controller 1520 enthält eine Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung 1522 und eine Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung 1524. Die Hauptsteuerkreisschaltungssteueranordnung 1522 ist dafür ausgebildet, den Schalterkreis 1510 in einem Impulsbreitenmodulations(PWM)-Modus zu steuern, um die Ausgangsspannung VOUT relativ zu einer Zielspannung (VTARGET) zu regeln. Die Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung 1524 ist dafür ausgebildet, den Schalterkreis 1510 zu steuern, um einen Burst von negativem Strom als Reaktion auf das Betreiben in einem Skip-Modus während einer Schwellwertdauer zu liefern. Wie hierin offenbart, steuert die Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung 1524 die Schwellwertdauer des Skip-Modus, damit sie kleiner ist als ein Audiobereich. Die Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung 1524 kann als eine hierin offenbarte Schaltungsanordnung 102 oder 300 umgesetzt werden. Während des Skip-Modus beispielsweise ist die Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung 1524 dafür ausgebildet, während des Skip-Modus einen oder mehrere Impulse an die Gattertreiber zu liefern, um den negativen Stromburst zu liefern, der von dem Ausgangsanschluss 1508 durch den Induktor 1504 fließt, um die Ausgangsspannung VOUT zu entladen. Die Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung 1522 ist ausgebildet zum Wechseln von dem Skip-Modus zu dem PWM-Modus auf Basis der Ausgangsspannung VOUT und der Zielspannung VTARGET, so dass ein Betrieb des Schalterkreises 1510 außerhalb des Audiobereichs bleibt.
Der IC-Chip 1502 kann auch eine Rückkopplungsschaltung 1526 enthalten, die dafür ausgebildet ist, die Rückkopplung des Controllers 1520 auf Basis der Ausgangsspannung und der Zielspannung zu liefern, damit die Haupt- und Hilfssteuerkreise wie hierin offenbart arbeiten können. Beispielsweise enthält die Rückkopplungsschaltung 1526 einen Fehlerverstärker 1528 mit einem Eingang, der gekoppelt ist, um einen Eingang entsprechend der Ausgangsspannung VOUT zu empfangen. In einem Beispiel enthält ein Spannungsteiler Widerstände 1530 und 1532, die zwischen den Anschluss 1508 und Masse gekoppelt sind. Der invertierende Eingang ist an einen Knoten 1534 zwischen den Widerständen 1530 und 1532 gekoppelt. Die Zielspannung VTARGET ist an einen nicht invertierenden Eingang gekoppelt. Der Fehlerverstärker 1528 ist dafür ausgebildet, die geteilte Spannung bei 1534 (die Ausgangsspannung VOUT darstellend) mit der Zielspannung VTARGET zu vergleichen. Der Fehlerverstärker 1528 ist dafür ausgebildet, ein Fehlersignal an einem Ausgang 1536 auf Basis der Ausgangsspannung VOUT und der Zielspannung VTARGET zu liefern. Der Ausgang 1536 ist an einen Eingang eines Stromvergleichers 1538 und einer Klemmschaltung 1540 gekoppelt. Ein erfasster Eingangsstrom ISNS (z.B. von einer Strommessschaltung) wird an einen anderen Eingang des Vergleichers 1538 geliefert. Der Vergleicher 1538 liefert ein Rückkopplungssignal an den Controller 1520, was durch den Hauptsteuerkreis zum Regeln der Ausgangsspannung VOUT bei 1508 genutzt wird. Die Klemmschaltung 1540 ist dafür ausgebildet, das Fehlersignal bei 1536 zu klemmen, um ein PAUSE-Signal an einem Ausgang 1542 davon zu generieren, das an den Controller geliefert wird. Beispielsweise wird das PAUSE-Signal an den Haupt- und Hilfssteuerkreis 1522 und 1524 geliefert und dazu verwendet, zu spezifizieren, wann der Wandler in dem Skip-Modus arbeitet, wie hierin offenbart. Somit ist der Hauptsteuerkreis dafür ausgebildet, den Schalterkreis 1510 zu steuern, um in den Impulsbreitenmodulations-Betriebsmodus einzutreten und den positiven Strom auf Basis des PAUSE-Signals mit einem logischen L-Wert zu liefern. Beispielsweise liefert die Klemmschaltung 1540 das PAUSE-Signal mit einem logischen L-Wert auf Basis des Fehlersignals bei 1536, der anzeigt, dass die Ausgangsspannung unter einer Zielspannung liegt, so dass der Hauptsteuerkreis den Schalterkreis 1510 steuern kann, um einen Strom an den Ausgang 1508 zu liefern, um den Ausgangskondensator zu laden, wie hierin offenbart.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren 1600 des Betreibens eines Stromrichters in einem Ohne-Audio-Bereich darstellt. Das Verfahren kann durch einen Steuerkreis und andere, hierin offenbarte Schaltungsanordnungen umgesetzt werden (siehe z.B. 1, 3, 5, 7 und 15). In einem Beispiel kann das Verfahren 1600 während eines Stromsparmodus wie etwa während einer Bedingung von leichter oder keiner Last, genutzt werden. Bei 1602 wird ein Pausensignal (z.B. an einem Eingang der Watchdog-Schaltung 104, 301 eines Hilfssteuerkreises 102, 300, 1524) empfangen. Das Pausensignal weist einen Zustand auf, der einen Betrieb in einem Skip-Modus anzeigt, in dem ein Schalterkreis (z.B. Schalterkreis 114, S1, S2, S3, S4, 1500) des Stromrichters das Schalten in einem Impulsbreitenmodulations(PWM)-Modus angehalten hat. Die Umsetzung des Schalterkreises kann gemäß dem Typ von umgesetztem Stromrichter variieren. Beispielsweise kann das Pausensignal durch einen Hauptsteuerkreis oder andere Schaltungsanordnung gesetzt werden, um anzuzeigen, dass der Stromrichter in einem Skip-Modus arbeitet.
Bei 1604 wird ein Startsignal, wie etwa durch die Watchdog-Schaltung 104, 301 umgesetzt, auf Basis des Pausensignals als Reaktion auf das Detektieren geliefert, dass der Schalterkreis das Schalten während einer Schwellwertdauer (z.B. etwa 40 Mikrosekunden oder weniger) angehalten hat. Beispielsweise kann die Dauer durch einen Watchdog-Zeitgeber (z.B. Zeitgeber 304 oder 1100) der Watchdog-Schaltung verfolgt und zum Liefern des Startsignals verwendet werden. Als ein Beispiel wird das Startsignal ausgelöst, um sicherzustellen, dass eine Dauer zwischen benachbarten Schaltzyklen keine Schwellwertdauer übersteigt, die den Schalterkreis in dem hörbaren Bereich betätigen würden. Wie hierin offenbart, kann das Startsignal auf Basis des Kraftschaltsignals und des Pausensignals (z.B. durch NAND-Gatter 302, das das Kraftschaltsignal und das Pausensignal AND-verknüpft) geliefert werden.
Bei 1606 wird mindestens ein Impuls wie etwa durch einen Impulsgenerator 110, 312, 1200 während des Skip-Modus auf Basis des Startsignals generiert. Wie hierin offenbart, können die Anzahl oder die Breite von Impulsen gemäß Anwendungsanforderungen variieren. Beispielsweise ist während des Skip-Modus der Impulsgenerator dafür ausgebildet, den einen oder die mehreren Impulse bei 1606 als eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen, generiert auf Basis des Startsignals, einer variablen Anzahl von Impulsen, generiert auf Basis des Startsignals, oder einer Anzahl von einem oder mehreren Impulsen, gesteuert auf Basis der Ausgangsspannung relativ zu der Zielspannung (z.B. gesteuert auf Basis des Fehlersignals bei 1536) zu generieren.
Bei 1608 wird ein negativer Strom (z.B. ein negativer Stromburst) von einem Ausgang des Stromrichters durch einen Induktor auf Basis des mindestens einen Impulses geliefert. Beispielsweise ist ein Hilfssteuerkreis, wie etwa durch Steuerkreis 102, 300, 1524 umgesetzt, dafür ausgebildet, einen Schalterkreis (z.B. Schaltung 114, S1, S2, S3, S4, 1500) auf Basis des einen oder der mehreren Impulse zu steuern, um einen oder mehrere Impulse negativen Induktorstroms zu liefern. Bei 1610 wird die Ausgangsspannung auf Basis des negativen Stroms entladen. Beispielsweise wird der negative Strom während einer ersten Phase eines gegebenen Impulses von dem Ausgang durch den Induktor und zu Masse gezogen, und dann wird der Strom zu der Eingangsspannung während einer zweiten Phase des gegebenen Impulses zurückgeschickt, wie hierin offenbart (z.B. durch Steuern einer oder mehrerer Schaltereinrichtungen). Bei 1612 wechselt das Verfahren den Stromrichter von dem Skip-Modus zu dem PWM-Arbeitsmodus auf Basis der Ausgangsspannung und der Zielspannung. Beispielsweise arbeitet der negative Strom dahingehend, die Ausgangsspannung (z.B. in einem Ausgangskondensator COUT gespeichert) auf einen Pegel zu entladen, der unter einer Zielspannung liegt, und der Hauptsteuerkreis, wie etwa durch Kreis 103 oder 1522 umgesetzt, ist dafür ausgebildet, in den PWM-Modus einzutreten und das Schalten zu steuern, um einen positiven Induktorstrom zu liefern (z.B. durch Betätigen des Schalterkreises in dem PWM-Modus), um die Ausgangsspannung bezüglich der Zielspannung zu regeln. Auf diese Weise hält das Verfahren den Betrieb des Schalterkreises außerhalb eines hörbaren Bereichs.
Was oben beschrieben worden sind, sind Beispiele der vorliegenden Erfindung. Es ist natürlich nicht möglich, jede denkbare Kombination von Komponenten oder Methodiken für den Zweck zu beschreiben, die vorliegende Erfindung zu beschreiben, aber ein Fachmann wird erkennen, dass viele weitere Kombinationen und Permutationen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung alle derartigen Abänderungen, Modifikationen und Variationen einschließen, die in den Gedanken und Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Wo die Offenbarung oder die Ansprüche „ein“, „einer“, „eine“, „ein erstes“ oder „ein anderes“ Element oder das Äquivalent davon aufführen, sollte es zudem so ausgelegt werden, dass ein oder mehr als ein derartiges Element enthalten ist, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „enthält“, enthält aber nicht beschränkt auf, und der Ausdruck „enthaltend“ bedeutet enthaltend, aber nicht beschränkt auf. Der Ausdruck „auf Basis von“ bedeutet mindestens teilweise auf Basis von.

Claims

Stromrichter, umfassend: eine Watchdog-Schaltung mit einem Eingang, der dafür ausgelegt ist, an ein Pausensignal eines Schaltnetzteils gekoppelt zu werden, wobei die Watchdog-Schaltung dafür ausgebildet ist, ein Startsignal an einem Ausgang davon auf Basis des Pausensignals zu liefern, das anzeigt, dass der Stromrichter das Schalten während einer Schwellwertdauer angehalten hat, die kleiner ist als ein hörbarer Schaltbereich des Stromrichters; eine Impulsgeneratorschaltung mit einem Eingang, der an den Ausgang der Watchdog-Schaltung gekoppelt und dafür ausgebildet ist, mindestens einen Impuls auf Basis des Startsignals zu generieren; und einen Schalterkeis mit einem Eingangsanschluss, der dafür ausgelegt ist, an eine Eingangsspannung gekoppelt zu werden, und mindestens einem anderen Ausgang, der dafür ausgelegt ist, an einen Induktor gekoppelt zu werden, wobei der Schalterkeis dafür ausgebildet ist, einen negativen Strom von einem Ausgang des Stromrichters durch den mindestens einen anderen Anschluss auf Basis des mindestens einen Impulses zu liefern.
Stromrichter nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Treiberschaltung, die zwischen die Impulsgeneratorschaltung und den Schalterkreis gekoppelt ist, wobei Ausgänge der Treiberschaltung zum Steuern von Eingängen von jeweiligen Schaltern des Schalterkreises gekoppelt sind.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorschaltung dafür ausgebildet ist, eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen auf Basis des Startsignals zu liefern.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorschaltung dafür ausgebildet ist, eine variable Anzahl von Impulsen auf Basis des Startsignals zu liefern.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorschaltung dafür ausgebildet ist, den mindestens einen Impuls auf Basis einer Ausgangsspannung an dem Ausgang des Stromrichters relativ zu einer Zielausgangsspannung zu steuern.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorschaltung dafür ausgebildet ist, den mindestens einen Impuls als mehrere Impulse mit einem vorbestimmten Tastverhältnis zu generieren.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei die Watchdog-Schaltung umfasst: einen Zeitgeber, der dafür ausgebildet ist, ein Kraftschaltsignal auf Basis des Betreibens in einem Skip-Modus während der Schwellwertdauer zu generieren; und eine Logikschaltung, die dafür ausgebildet ist, das Startsignal auf Basis des Kraftschaltsignals und des Pausensignals zu liefern.
Stromrichter nach Anspruch 7, wobei die Schwellwertdauer des Skip-Modus kleiner als etwa 40 Mikrosekunden beträgt.
Stromrichter nach Anspruch 7, wobei die Watchdog-Schaltung und der Impulsgenerator mindestens einen Teil eines Hilfssteuerkreises definieren, wobei der Stromrichter weiter einen Hauptsteuerkreis umfasst, die dafür ausgebildet ist, den Schalterkreis in einem pulsbreitenmodulations-Arbeitsmodus zu steuern, auf Basis einer Ausgangsspannung des Stromrichters relativ zu einer Zielspannung, wobei der Hauptsteuerkreis auch dafür ausgebildet ist, den Schalterkreis zu steuern, um einen positiven Strom während des Impulsbreitenmodulations-Arbeitsmodus an den Ausgang zu liefern.
Stromrichter nach Anspruch 9, weiter umfassend: eine Rückkopplungsschaltung, die dafür ausgebildet ist, ein Fehlersignal auf Basis der Ausgangsspannung des Stromrichters relativ zu der Zielspannung zu liefern, wobei das Pausensignal auf Basis des Fehlersignals generiert wird; und eine Steuerlogik, die dafür ausgebildet ist, den Schalterkreis zum Eintreten in den Impulsbreitenmodulations-Arbeitsmodus zu steuern und den positiven Strom auf Basis des Pausensignals mit einem Zustand zu liefern, der anzeigt, dass die Ausgangsspannung unter der Zielspannung liegt.
Stromrichter nach Anspruch 9, weiter umfassend eine Klemmschaltung, die dafür ausgebildet ist, einen Zustand des Pausensignals auf Basis der Ausgangsspannung relativ zu der Zielspannung zu setzen.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei der Stromrichter als einer eines Tiefsetzstellers, eines Hochsetzstellers oder eines Tiefsetz-/Hochsetzstellers ausgebildet ist.
System, umfassend: einen Schalterkreis mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, wobei der Eingangsanschluss an eine Eingangsspannung gekoppelt ist und der Ausgangsanschluss an eine Ausgangsspannung des Systems gekoppelt ist; eine Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung, die dafür ausgebildet ist, den Schalterkreis in einem Impulsbreitenmodulations(PWM)-Modus zu steuern, um die Ausgangsspannung relativ zu einer Zielspannung zu regeln; und eine Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung, die dafür ausgebildet ist, den Schalterkreis zu steuern, um einen negativen Strom als Reaktion auf das Arbeiten in einem Skip-Modus zu liefern, wenn das Schalten während einer Schwellwertdauer pausiert ist, die kleiner ist als eine Dauer zum Betreiben des Schalterkreises in einem hörbaren Bereich, wobei der negative Strom von dem Ausgangsanschluss durch einen Induktor fließen soll, um die Ausgangsspannung zu entladen, wobei die Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung dafür ausgebildet ist, von dem Skip-Modus zu dem PWM-Modus auf Basis der Ausgangsspannung und der Zielspannung zu wechseln, um einen Betrieb des Schalterkreises außerhalb des hörbaren Bereichs aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 13, wobei die Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung umfasst: eine Watchdog-Schaltung, die ausgelegt ist zum Liefern eines Startsignals auf Basis eines Pausensignals, das anzeigt, dass der Schalterkreis das Schalten in dem PWM-Modus angehalten hat und in dem Skip-Modus während der Schwellwertdauer gearbeitet hat; und eine Impulsgeneratorschaltung, die dafür ausgelegt ist, mindestens einen Impuls auf Basis des Startsignals zu generieren, wobei der negative Strom auf Basis des mindestens einen Impulses geliefert wird.
System nach Anspruch 14, wobei die Watchdog-Schaltung umfasst: einen Zeitgeber, der dafür ausgebildet ist, ein Kraftschaltsignal auf Basis des Betreibens in einem Skip-Modus während der Schwellwertdauer zu generieren, die ausreicht, um das Schalten durch den Schalterkreis außerhalb des hörbaren Bereichs aufrechtzuerhalten; und eine Logikschaltung, die dafür ausgebildet ist, das Startsignal auf Basis des Kraftschaltsignals und des Pausensignals zu liefern.
System nach Anspruch 15, wobei die Schwellwertdauer des Skip-Modus, die ausreicht, um das Schalten durch den Schalterkeis außerhalb des hörbaren Bereichs aufrechtzuerhalten, unter etwa 40 Mikrosekunden liegt.
System nach Anspruch 14, wobei die Impulsgeneratorschaltung dafür ausgebildet ist, entweder eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen auf Basis des Startsignals zu liefern, eine variable Anzahl von Impulsen auf Basis des Startsignals zu liefern oder Impulse auf Basis der Ausgangsspannung relativ zu der Zielspannung zu steuern.
System nach Anspruch 13, wobei die Hauptsteuerkreisschaltungsanordnung, die Hilfssteuerkreisschaltungsanordnung und der Schalterkreis in einem integrierten Schaltungschip umgesetzt sind.
System nach Anspruch 13, weiter umfassend den Induktor, der an den mindestens einen Induktoranschluss zwischen dem Schalterkreis und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Verfahren, umfassend: Empfangen eines Pausensignals mit einem Zustand, der einen Betrieb in einem Skip-Modus anzeigt, in dem ein Schalterkreis eines Stromrichters das Schalten in einem Impulsbreitenmodulations(PWM)-Modus angehalten hat; Liefern eines Startsignals auf Basis des Pausensignals als Reaktion auf das Detektieren, dass der Schalterkreis das Schalten während einer Schwellwertdauer angehalten hat; Generieren mindestens eines Impulses während des Skip-Modus auf Basis des Startsignals; und Liefern eines negativen Stroms von einem Ausgang des Stromrichters durch einen Induktor auf Basis des mindestens einen Impulses; Entladen einer Ausgangsspannung an dem Ausgang des Stromrichters auf Basis des negativen Stroms; und Wechseln von dem Skip-Modus zu dem PWM-Modus auf Basis der Ausgangsspannung und einer Zielspannung, um einen Betrieb des Schalterkreises außerhalb eines hörbaren Bereichs des Schalterkreises aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Liefern des Startsignals umfasst: Generieren eines Kraftschaltsignals auf Basis des Arbeitens in dem Skip-Modus während der Schwellwertdauer, und Liefern des Startsignals auf Basis des Kraftschaltsignals und des Pausensignals.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der mindestens eine Impuls während des Skip-Modus einen einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen, generiert auf Basis des Startsignals, einer variablen Anzahl von Impulsen, generiert auf Basis des Startsignals, oder einer Anzahl von einem oder mehreren Impulsen gesteuert auf Basis der Ausgangsspannung relativ zu der Zielspannung umfasst.