DE112021003947T5 - Optimieren der steuerung eines hysteretischen leistungswandlers bei niedrigen einschaltdauern - Google Patents

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Jason W. Lawrence
Graeme G. Mackay
Sakkarapani BALAGOPAL
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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Stroms, der mit einem Leistungswandler assoziiert ist, kann Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Strom und ferner Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbring, umfassen.

Description

  • GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Schaltungen für elektronische Geräte, darunter u.a. persönliche Audiogeräte wie etwa drahtlose Telefone und Mediaplayer, und insbesondere Voraussage eines Laststroms und eines Steuerstroms in einem Leistungswandler unter Nutzung von Ausgangsspannungsschwellen.
  • HINTERGRUND
  • Persönliche Audiogeräte, darunter drahtlose Telefone, wie etwa mobile/zellulare Telefone, schnurlose Telefone, MP3-Spieler und andere Verbraucheraudiogeräte, sind weit verbreitet in Verwendung. Derartige persönliche Audiogeräte können Schaltungen zum Antreiben eines Paars Kopfhörer oder von einem oder mehr Lautsprechern enthalten. Derartige Schaltungen enthalten häufig einen Lautsprechertreiber, der einen Leistungsverstärker zum Treiben eines Audioausgangssignals zu Kopfhörern oder Lautsprechern enthält. Oft kann ein Leistungswandler zum Zuführen von Speisespannung zu einem Leistungsverstärker benutzt werden, um ein Signal zu verstärken, das zu Lautsprechern, Kopfhörern oder anderen Wandlern getrieben wird. Ein Schaltleistungswandler ist eine Art von elektrischer Schaltung, die eine Leistungsquelle von einem Gleichstromspannungspegel (DC-Spannungspegel) in einen anderen DC-Spannungspegel wandelt. Beispiele derartiger DC/DC-Schaltwandler beinhalten u.a. einen Aufwärtswandler, einen Abwärtswandler, einen Abwärts-/Aufwärtswandler, einen invertierenden Abwärts-/Aufwärtswandler und andere Arten von DC/DC-Schaltwandlern. Daher kann unter Benutzung eines Leistungswandlers eine DC-Spannung wie etwa jene, die durch eine Batterie vorgesehen wird, in eine andere DC-Spannung gewandelt werden, welche zur Energieversorgung des Leistungsverstärkers benutzt wird.
  • Ein Leistungsverstärker kann zum Zuführen von Speisespannungsschienen zu einer oder mehr Komponenten in einem Gerät benutzt werden. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, eine Ausgangsspannung eines Leistungswandlers mit minimaler Welligkeit in Anwesenheit einer zeitvariablen Strom- und Leistungslast zu regulieren.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung können ein oder mehr Nachteile und Probleme im Zusammenhang mit bestehenden Ansätzen zum Regulieren einer Ausgangsspannung eines Leistungswandlers vermindert oder beseitigt werden.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Steuern eines Stroms, der mit einem Leistungswandler assoziiert ist, Steuern des Stroms basierend auf einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Strom und ferner Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt, umfassen.
  • Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine Steuerschaltung zum Steuern eines Stroms, der mit einem Leistungswandler assoziiert ist, schwellenbasierte Steuerschaltungen, welche zum Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Leistungswandler konfiguriert sind, und timerbasierte Steuerschaltungen enthalten, die zum Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt, konfiguriert sind.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Gerät einen Leistungswandler und eine Steuerschaltung zum Steuern eines Stroms, der mit dem Leistungswandler assoziiert ist, enthalten. Die Steuerschaltung kann schwellenbasierte Steuerschaltungen, welche zum Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Strom konfiguriert sind, und timerbasierte Steuerschaltungen enthalten, die zum Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt, konfiguriert sind.
  • Technische Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind für den Fachmann aus den Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen, die hierin beinhaltet sind, ohne weiteres ersichtlich. Die Aufgaben und Vorteile der Ausführungsform werden zumindest durch die Elemente, Merkmale und Kombinationen, die in den Ansprüchen besonders hervorgehoben sind, umgesetzt und erzielt.
  • Es versteht sich, dass sowohl die obenstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und die Ansprüche, die in dieser Offenbarung dargelegt sind, nicht einschränken.
  • Figurenliste
  • Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen und Vorteilen davon ist durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Merkmale anzeigen, zu erfassen; es zeigen:
    • 1 ein beispielhaftes Mobilgerät gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten im Inneren eines Mobilgeräts gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 3A ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines beispielhaften Aufwärtswandlers mit mehrfachen Betriebsmodi, das einen Betrieb in einem Bypass-Modus darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 3B ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines beispielhaften Aufwärtswandlers mit mehrfachen Betriebsmodi, das einen Betrieb in einem aktiven Verstärkungsmodus darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 3C ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines beispielhaften Aufwärtswandlers mit mehrfachen Betriebsmodi, das einen Betrieb in einem inaktiven Verstärkungsmodus darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 ein Schaubild von Induktorstrom durch eine Phase eines Aufwärtswandlers und eines Signals von Schaltungen der Phase in Abhängigkeit von der Zeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Steuerschaltung für einen Aufwärtswandler gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 6 ein beispielhaftes Schaubild einer Speisespannung, die durch den Aufwärtswandler von 3A-3C erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Zeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 7 eine Wellenform einer Speisespannung, die durch einen Leistungswandler erzeugt wird, über einen Zeitraum hinweg und eine Wellenform eines Induktorstroms innerhalb des Leistungswandlers über denselben Zeitraum hinweg gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 8 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines äußeren Steuerschleifensubsystems der Stromsteuerung, die in 5 gezeigt ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 9 beispielhafte Wellenformen, die ein Beispiel von äußerer Schleifensteuerung für einen Aufwärtswandler darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 10 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines inneren Steuerschleifensubsystems der Stromsteuerung, die in 5 gezeigt ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 11 beispielhafte Wellenformen, die ein Beispiel von innerer Schleifensteuerung für einen Aufwärtswandler darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 12 beispielhafte Wellenformen, die ein Beispiel von innerer Schleifensteuerung für einen Aufwärtswandler in Schwachlastszenarien darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 13 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer anderen beispielhaften Steuerschaltung für einen Aufwärtswandler gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 14 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines inneren Steuerschleifensubsystems der Stromsteuerung, die in 13 gezeigt ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 15 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines äußeren Steuerschleifensubsystems der Stromsteuerung, die in 13 gezeigt ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 16 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 17A ein Schaubild einer beispielhaften Wellenform für Aufwärtswandlerinduktorstrom für typische Einschaltdauern eines Aufwärtswandlers gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 17B ein Schaubild einer beispielhaften Wellenform für Aufwärtswandlerinduktorstrom für sehr niedrige Einschaltdauern eines Aufwärtswandlers gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 18A Schaubilder von beispielhaften Wellenformen für einen Ausgangsstrom eines Aufwärtswandlers, Aufwärtswandlerinduktorstrom und eine Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers für typische Einschaltdauern eines Aufwärtswandlers in Reaktion auf eine Stufe des Ausgangsstroms gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 18B Schaubilder von beispielhaften Wellenformen für einen Ausgangsstrom eines Aufwärtswandlers, Aufwärtswandlerinduktorstrom und eine Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers für sehr niedrige Einschaltdauern eines Aufwärtswandlers in Reaktion auf eine Stufe des Ausgangsstroms gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 19 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung mit weiteren Verbesserungen gegenüber der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung von 16 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 20 Schaubilder von beispielhaften Wellenformen für einen Ausgangsstrom eines Aufwärtswandlers, Aufwärtswandlerinduktorstrom, einen Timerzähler und ein Timerausgangssignal für sehr niedrige Einschaltdauern eines Aufwärtswandlers unter Benutzung der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung, die in 19 gezeigt ist, in Reaktion auf eine Stufe des Ausgangsstroms gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 21 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung mit weiteren Verbesserungen gegenüber der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung von 16 und 19 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
    • 22 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung mit weiteren Verbesserungen gegenüber der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung von 16, 19 und 21 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 stellt ein beispielhaftes Mobilgerät 1 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. 1 stellt das Mobilgerät 1 an ein Headset 3 in der Form eines Paars Ohrhörerlautsprecher 8A und 8B gekoppelt dar. Das Headset 3, das in 1 dargestellt ist, ist lediglich ein Beispiel, und es versteht sich, dass das Mobilgerät 1 in Verbindung mit vielerlei Audiowandlern benutzt werden kann, darunter u.a. Kopfhörer, Ohrhörer, Inohr-Hörkapseln und externe Lautsprecher. Ein Stecker 4 kann Verbindung des Headsets 3 mit einem elektrischen Anschluss des Mobilgeräts 1 vorsehen. Das Mobilgerät 1 kann eine Anzeige für einen Benutzer vorsehen und Benutzereingabe unter Benutzung einer Touchscreen 2 empfangen, oder es kann alternativ eine standardmäßige Flüssigkristallanzeige (LCD) mit verschiedenen Knöpfen, Schiebern und/oder Wählvorrichtungen kombiniert sein, die auf der Frontfläche und/oder Seiten des Mobilgeräts 1 angeordnet sind.
  • 2 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten, die im Mobilgerät 1 integriert sind, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 2 gezeigt, kann das Mobilgerät 1 einen Aufwärtswandler 20 enthalten, der zum Verstärken einer Batteriespannung VBAT zum Erzeugen einer Speisespannung VSUPPLY für mehrere nachgeschaltete Komponenten 18 des Mobilgeräts 1 konfiguriert ist. Die nachgeschalteten Komponenten 18 des Mobilgeräts 1 können jegliche geeignete funktionelle Schaltungen und/oder Bauteile des Mobilgeräts 1 beinhalten, darunter u.a. Prozessoren, Audiocodierer/-decodierer, Verstärker, Anzeigengeräte usw. Wie in 2 gezeigt, kann das Mobilgerät 1 außerdem ein Batterieladegerät 16 zum Aufladen der Batterie 22 enthalten.
  • In manchen Ausführungsformen des Mobilgeräts 1 können der Aufwärtswandler 20 und das Batterieladegerät 16 die einzigen Komponenten des Mobilgeräts 1 umfassen, die elektrisch an die Batterie 22 gekoppelt sind, und der Aufwärtswandler 20 kann elektrisch zwischen der Batterie 22 und allen nachgeschalteten Komponenten des Mobilgeräts 1 verbinden. In anderen Ausführungsformen des Mobilgeräts 1 können jedoch manche nachgeschalteten Komponenten 18 direkt elektrisch an die Batterie 22 gekoppelt sein.
  • 3A stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines beispielhaften Aufwärtswandlers 20 mit mehrfachen Betriebsmodi, das einen Betrieb in einem Bypass-Modus darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 3A dargestellt, kann der Aufwärtswandler 20 eine Batterie 22, mehrere induktive Verstärkungsphasen 24, einen Messkondensator 26, einen Messwiderstand 28, einen Überbrückungsschalter 30 und eine Steuerschaltung 40 enthalten. Wie in 3A gezeigt, kann jede induktive Verstärkungsphase 24 einen Leistungsinduktor 32, einen Ladeschalter 34, einen Gleichrichtungsschalter 36 und einen Ausgangskondensator 38 enthalten.
  • Obgleich 3A-3C den Aufwärtswandler 20 mit drei induktiven Verstärkungsphasen 24 darstellen, können Ausführungsformen des Aufwärtswandlers 20 jegliche geeignete Anzahl von induktiven Verstärkungsphasen 24 umfassen. In manchen Ausführungsformen kann der Aufwärtswandler 20 drei oder mehr induktive Verstärkungsphasen 24 umfassen. In anderen Ausführungsformen kann der Aufwärtswandler 20 weniger als drei Phasen (beispielsweise eine einzige Phase oder zwei Phasen) umfassen.
  • Der Aufwärtswandler 20 kann im Bypass-Modus arbeiten, wenn die Speisespannung VSUPPLY, die durch den Aufwärtswandler 20 erzeugt wird, größer als eine minimale Schwellenspannung VMIN ist. In manchen Ausführungsformen kann eine derartige minimale Schwellenspannung VMIN eine Funktion eines überwachten Stroms (beispielsweise eines Stroms durch den Messwiderstand 28) sein. In manchen Ausführungsformen kann eine derartige minimale Schwellenspannung VMIN gemäß Variationen im überwachten Strom variiert werden, um erwünschten Headroom von Komponenten vorzusehen, die von der Speisespannung VSUPPLY versorgt werden. Die Steuerschaltung 40 kann zum Abfühlen der Speisespannung VSUPPLY und Vergleichen der Speisespannung VSUPPLY mit der minimalen Schwellenspannung VMIN konfiguriert sein. In dem Falle, in dem die Speisespannung VSUPPLY und die Spannung VDD_SENSE über dem Messkondensator 26 größer als die minimale Schwellenspannung VMIN ist, kann die Steuerschaltung 40 den Überbrückungsschalter 30 und einen oder mehr Gleichrichtungsschalter 36 aktivieren (beispielsweise freigeben, schließen, einschalten) und die Ladeschalter 34 deaktivieren (beispielsweise sperren, öffnen, ausschalten). In einem derartigen Bypass-Modus können sich die Widerstände der Gleichrichtungsschalter 36, Leistungsinduktoren 32 und des Überbrückungsschalters 30 zum Minimieren eines effektiven Gesamtwiderstands eines Wegs zwischen der Batterie 22 und der Speisespannung VSUPPLY kombinieren.
  • 3B stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines beispielhaften Aufwärtswandlers 20, das einen Betrieb in einem aktiven Verstärkungsmodus darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Im aktiven Verstärkungsmodus kann die Steuerschaltung 40 den Überbrückungsschalter 30 deaktivieren (beispielsweise sperren, öffnen, ausschalten) und die Ladeschalter 34 (beispielsweise während eines Ladezustands einer Phase 24) und Gleichrichtungsschalter 36 (beispielsweise während eines Transferzustands einer induktiven Verstärkungsphase 24) der induktiven Verstärkungsphase 24 (wie unten detaillierter beschrieben) durch Erzeugen von geeigneten Steuersignalen P1, P- 1, P2, P- 2, P3 und P- 3 periodisch umschalten, um einen Strom IBAT und eine Verstärkungsbatteriespannung VBAT an eine höhere Speisespannung VSUPPLY zu liefern, um dem elektrischen Knoten der Speisespannung VSUPPLY einen programmierten (oder Servo-) erwünschten Strom (beispielsweise mittleren Strom) zuzuführen, während die Speisespannung VSUPPLY über der minimalen Schwellenspannung VMIN beibehalten wird. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 40 im aktiven Verstärkungsmodus arbeiten, um einen Induktorstrom IL (z.B. IL1, IL2, IL3) zwischen einem Spitzenstrom und einem Talstrom beizubehalten, wie in der US-Patentanmeldung Nr. 17/119,517 beschrieben, die am 11. Dezember 2020 eingereicht wurde und hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Im aktiven Verstärkungsmodus kann die Steuerschaltung 40 den Aufwärtswandler 20 durch Betreiben der induktiven Verstärkungsphase 24 in einem Spitzen- und Talstromerkennungsbetrieb betreiben, wie unten detaillierter beschrieben. Die resultierende Schaltfrequenz der Ladeschalter 34 und Gleichrichtungsschalter 36 der induktiven Verstärkungsphase 24 kann durch die Lesespannung VDD_SENSE, Speisespannung VSUPPLY, eine Induktanz des Leistungsinduktors 32A und einen programmierten Welligkeitsparameter (beispielsweise eine Konfiguration einer Zielstromwelligkeit für einen Induktorstrom IL) bestimmt werden.
  • 3C stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines Aufwärtswandlers 20, das einen Betrieb in einem inaktiven Verstärkungsmodus darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Der Aufwärtswandler 20 kann im inaktiven Verstärkungsmodus arbeiten, wenn die Speisespannung VSUPPLY, die durch den Aufwärtswandler 20 erzeugt wird, über eine hysteretische Spannung VHYST ansteigt und eine Lesespannung VDD_SENSE unterhalb der Speisespannung VSUPPLY verbleibt. Im inaktiven Verstärkermodus kann die Steuerschaltung 40 den Überbrückungsschalter 30, die Ladeschalter 34 und Gleichrichtungsschalter 36 deaktivieren (beispielsweise sperren, öffnen, ausschalten). Daher hindert die Steuerschaltung 40, wenn die Lesespannung VDD_SENSE unterhalb der Speisespannung VSUPPLY verbleibt, den Aufwärtswandler 20 daran, in den Überbrückungsmodus einzutreten, um die Batterie 22 nicht aus der Speisespannung VSUPPLY rückanzutreiben. Ferner kann, wenn die Speisespannung VSUPPLY unter die minimale Schwellenspannung VMIN fallen sollte, die Steuerschaltung 40 bewirken, dass der Aufwärtswandler 20 wieder in den aktiven Verstärkungsmodus eintritt, um die Speisespannung VSUPPLY zwischen der minimalen Schwellenspannung VMIN und der hysteretischen Spannung VHYST beizubehalten.
  • Wie oben beschrieben, kann die Steuerschaltung 40, wenn der Aufwärtswandler 20 im aktiven Verstärkungsmodus arbeitet, hysteretische Stromsteuerung der Induktorströme IL1, IL2 bzw. IL3 über die Leistungsinduktoren 32A, 32B bzw. 32C vorsehen. 4 stellt ein beispielhaftes Schaubild des Induktorstroms IL1 und Steuersignals P1 in Abhängigkeit von der Zeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 4 gezeigt, kann die Steuerschaltung 40 die Steuersignale P1 und P- 1 der induktiven Verstärkungsphase 24 derart erzeugen, dass: (a) wenn der Induktorstrom IL1 unter eine Talstromschwelle Ivall fällt, die Steuerschaltung 40 den Ladeschalter 34A und den Gleichrichtungsschalter 36A aktivieren kann; und (b), wenn sich der Induktorstrom IL1 über eine Spitzenstromschwelle Ipk1 erhöht, die Steuerschaltung 40 den Ladeschalter 34A deaktivieren und den Gleichrichtungsschalter 36A aktivieren kann. Dementsprechend kann die Steuerschaltung 40 derart hysteretische Steuerung des Induktorstroms IL1 vorsehen, dass der Induktorstrom IL1 zwischen ungefähr der Talstromschwelle Ival1 und ungefähr der Spitzenstromschwelle Ipk1 variiert, wobei der Induktorstrom IL1 einen mittleren Strom Iavg1 und einen Rippelstrom Iripple aufweist, sodass: I p k 1 = I a v g 1 + I r i p p l e 2 ;
    Figure DE112021003947T5_0001
    und I v a l l = I a v g 1 − I r i p p i e 2 .
    Figure DE112021003947T5_0002
  • Die Steuerschaltung 40 kann außerdem die Steuersignale P2, P- 2, P3 und P- 3 der induktiven Verstärkungsphasen 24B und 24C erzeugen, um ähnliche oder identische Steuerung der Induktorströme IL2 und IL3 vorzusehen.
  • 5 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten der Steuerschaltung 40 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 5 gezeigt, kann die Steuerschaltung mehrere Vergleicher 42A, 42B, 42C und 42D umfassen, die jeder zum Vergleichen der Speisespannung VSUPPLY mit einer jeweiligen Schwellenspannung V1, V2, V3 und V4 und Erzeugen von jeweiligen Vergleichssignalen C1, C2, C3 und C4 konfiguriert sind.
  • Basierend auf den Vergleichssignalen C1, C2, C3 und C4 kann eine Lastschätzeinrichtung 44 der Steuerschaltung 40 eine innere Steuerschleife zum Schätzen einer Last, die am Ausgang des Aufwärtswandlers 20 wahrgenommen wird, und, darauf basierend, Erzeugen eines mittleren Zielstroms Iavg für den Batteriestrom IBAT implementieren. Man kann sagen, dass die innere Steuerschleife kontinuierliche Steuerung des Induktorstroms IL vorsieht. Ferner kann, basierend auf den Vergleichssignalen C1, C2, C3 und C4 und dem mittleren Zielstrom Iavg, eine Stromsteuerung 46 der Steuerschaltung 40 eine äußere Steuerschleife implementieren. Sowohl die innere Steuerschleife als auch die äußere Steuerschleife kann zum Einstellen der Talstromschwelle Ival, Spitzenstromschwelle Ipk und eines Steuersignals ENABLE zum wahlweisen Aktivieren oder Deaktivieren des aktiven Verstärkungsmodus des Aufwärtswandlers 20 benutzt werden. Im Betrieb kann die innere Steuerschleife die Effizienz des Aufwärtswandlers 20 maximieren und Welligkeit der Speisespannung VSUPPLY minimieren, während die äußere Steuerschleife eine maximale Welligkeit der Speisespannung VSUPPLY begrenzen kann. Basierend auf der Talstromschwelle Ival und der Spitzenstromschwelle Ipk kann eine Spitzen-/Talsteuerung 48 der Steuerschaltung 40 Steuersignale zum Steuern des Aufwärtswandlers 20 erzeugen.
  • 6 stellt ein beispielhaftes Schaubild der Speisespannung VSUPPLY in Abhängigkeit von der Zeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 6 gezeigt, können die Schwellenspannungen V1, V2, V3 und V4 die Größe der Speisespannung VSUPPLY in fünf verschiedene Regionen A, B, C, D und E aufteilen. 6 demonstriert, wie die Lastschätzeinrichtung 44 den mittleren Zielstrom Iavg in jeder dieser fünf verschiedenen Regionen A, B, C, D und E anpassen kann.
  • Region A kann als die MAX-Region bezeichnet werden. In dieser Region liegt die Speisespannung VSUPPLY unterhalb einer Unterspannungsschwelle, die durch die Schwellenspannung V1 dargestellt ist. Dementsprechend kann in Region A die Lastschätzeinrichtung 44 den mittleren Zielstrom Iavg auf sein Maximum einstellen, um die Erzeugung von so viel Induktorstrom IL (beispielsweise IL1, IL2, IL3) wie möglich zu erzeugen, um Abfall der Speisespannung VSUPPLY zu minimieren.
  • Region B kann als die INKREMENTIEREN-Region bezeichnet werden. In dieser Region zwischen den Schwellenspannungen V1 und V2 kann die Lastschätzeinrichtung 44 den mittleren Zielstrom rekursiv inkrementieren, um den Strom, der durch den Aufwärtswandler 20 geliefert wird, zu erhöhen, um die Speisespannung VSUPPLY zu erhöhen. Die Lastschätzeinrichtung 44 kann den mittleren Zielstromwert Iavg unter Nutzung von multiplikativer Rekursion (beispielsweise Iavg(i+1) = Iavg(1) × a1, wobei a1 > 1 ist), additiver Rekursion (beispielsweise Iavg(i+1) = Iavg(1) + a2, wobei a2 > 0 ist) oder jeglichen anderen rekursiven Ansatz inkrementieren.
  • Region C kann als die MESSEN-Region bezeichnet werden, in der VSUPPLY zwischen den Schwellenspannungen V2 und V3 liegt. In Region C kann die Lastschätzeinrichtung 44 eine Zeit, die die Speisespannung VSUPPLY zum Queren der Schwellenspannungen V2 und V3 benötigt, messen und den mittleren Zielstrom Iavg entsprechend aktualisieren, wie unten detaillierter beschrieben.
  • Region D kann als die DEKREMENTIEREN-Region bezeichnet werden. In dieser Region zwischen den Schwellenspannungen V3 und V4 kann die Lastschätzeinrichtung 44 den mittleren Zielstrom Iavg rekursiv dekrementieren, um den Strom, der durch den Aufwärtswandler 20 geliefert wird, herabzusetzen, um die Speisespannung VSUPPLY herabzusetzen. Die Lastschätzeinrichtung 44 kann den mittleren Zielstromwert Iavg unter Nutzung von multiplikativer Rekursion (beispielsweise Iavg(i+1) = Iavg(1) × a1, wobei a1 < 1 ist), additiver Rekursion (beispielsweise Iavg(i+1) = Iavg(1) + a2, wobei a2 < 0 ist) oder jeglichen anderen rekursiven Ansatz dekrementieren.
  • Region E kann als die HALTE-Region bezeichnet werden. In dieser Region über der Schwellenspannung V4 kann die Lastschätzeinrichtung 44 den Wert des dekrementieren mittleren Zielstroms Iavg (beispielsweise Iavg(i+1) = Iavg(i)) halten oder beibehalten.
  • Wie oben besprochen misst, in der Region C, die Lastschätzeinrichtung 44 die Zeit, die die Speisespannung VSUPPLY zum Queren der Schwellenspannungen V2 und V3 benötigt, und kann eine derartige Messung zum Aktualisieren des mittleren Zielstroms Iavg benutzen. Zur Veranschaulichung wird auf 7 Bezug genommen, die eine Wellenform der Speisespannung VSUPPLY über einen Zeitraum hinweg und eine Wellenform eines Induktorstroms IL (beispielsweise einer der Induktorströme IL1, IL2, IL3) über denselben Zeitraum hinweg darstellt. Wie in 7 gezeigt, kann die Lastschätzeinrichtung 44 eine Zeit Δt1 messen, die die Speisespannung VSUPPLY zum Zunehmen von der Schwellenspannung V2 auf die Schwellenspannung V3 benötigt. Die Änderung der Spannung von der Schwellenspannung V2 auf die Schwellenspannung V3 dividiert durch die Zeit Δt1 kann eine Neigung s1 definieren. Gleicherweise kann die Lastschätzeinrichtung 44 eine Zeit Δt2 messen, die die Speisespannung VSUPPLY zum Abnehmen von der Schwellenspannung V3 auf die Schwellenspannung V2 benötigt. Die Änderung der Spannung von der Schwellenspannung V3 auf die Schwellenspannung V2 dividiert durch die Zeit Δt2 kann eine Neigung s2 definieren. Mittlerer Induktorstrom Iavg(i) durch einen individuellen Leistungsinduktor 32 während einer ansteigenden Speisespannung VSUPPLY kann als ein Anstiegsstrom IR definiert werden, während ein mittlerer Induktorstrom Iavg(i) durch einen individuellen Leistungsinduktor 32 während einer abnehmenden Speisespannung VSUPPLY als ein Abnahmestrom IF definiert werden kann.
  • Unter Nutzung eines Ladebilanzverhältnisses für den Ausgangskondensator 38, der an die Speisespannung VSUPPLY gekoppelt ist, kann die Lastschätzeinrichtung 44 den mittleren Zielstrom Iavg aktualisieren, der aus der Batterie 22 gezogen wird. Beispielsweise kann unter Nutzung der Messung für den Anstiegsstrom IR der mittlere Zielstrom Iavg gemäß Folgendem aktualisiert werden: I a v g = I R − s 1 ⋅ C o u t D t '
    Figure DE112021003947T5_0003
    wobei D'i gleich Eins minus der Einschaltdauer des Induktorstroms IL ist und Cout eine Kapazitanz des Ausgangskondensators 38 ist. Der Quotient C o u t D i '
    Figure DE112021003947T5_0004
    kann unbekannt oder unsicher sein, kann jedoch geschätzt werden. Beispielsweise kann in manchen Ausführungsformen die Schätzvorrichtung 44 den Quotienten C o u t D i '
    Figure DE112021003947T5_0005
    unter Benutzung von festen Werten schätzen. Wenn jedoch eine Eingangsspannung (beispielsweise Spannung VDD_SENSE) bekannt ist, kann die Umkehrung von D'i ungefähr gleich dem Quotienten der Speisespannung VSUPPLY dividiert durch diese Eingangsspannung sein. Daher kann die vorstehende Gleichung zum Aktualisieren des mittleren Zielstroms Iavg so geschrieben werden: I a v g = I R − s 1 ⋅ V S U P P L Y V D D _ S E N S E ⋅ C o u t
    Figure DE112021003947T5_0006
  • Ein derartiges Verhältnis kann jedoch aufgrund der Näherung der Ausgangskapazitanz Cout und der Annahme, dass der Aufwärtswandler 20 verlustfrei ist, unsicher sein. Eine derartige Unsicherheit kann jedoch unter Nutzung beider Messungen für den Anstiegsstrom IR und Abnahmestrom IF beseitigt werden, wie durch die folgende Gleichung gegeben: I a v g = I F − s 2 s 1 − s 2 ⋅ ( I R − I F )
    Figure DE112021003947T5_0007
  • Wenn man davon ausgeht, dass die Zunahme der Spannung von der Schwellenspannung V2 auf die Schwellenspannung V3 in der Größe gleich der Abnahme der Spannung vom Schwellenwert V3 auf den Schwellenwert V2 ist, dann kann die vorstehende Gleichung so geschrieben werden: I a v g = ( I R Δ t 2 Δ t 1 + 1 ) + ( 1 − 1 1 Δ t 2 Δ t 1 + 1 ) I F
    Figure DE112021003947T5_0008
  • Die zwei obigen Ansätze zum Aktualisieren des mittleren Zielstroms Iavg können ihre eigenen Vorteile und Nachteile aufweisen. Beispielsweise kann die Aktualisierung, die auf einer Strommessung basiert, besser beim Erkennen von großen, schnellen Transienten sein, könnte jedoch aufgrund von Annahmen bezüglich der Einschaltdauer und der Ausgangskapazitanz Cout ungenau sein, und setzt außerdem voraus, dass Änderungen der Spannung und Strommessungen genau bekannt sind. Die Aktualisierung, die auf zwei Strommessungen basiert, kann robuster gegen Abweichungen bei den Änderungen der Spannung und Strommessungen sein, aber ein derartiger Ansatz setzt voraus, dass die Last des Leistungswandlers 20 über beide Messungen fix ist, was nicht der Fall sein könnte, besonders in Anwesenheit von großen Transienten. Daher kann in manchen Ausführungsformen ein hybrider Ansatz genutzt werden, bei dem der Einzelmessungsansatz benutzt wird, wenn nur eine Messung verfügbar ist, oder wenn die Einzelmessung um mehr als das Unsicherheitsband des Einzelmessungsansatzes größer (oder kleiner) als die Dualmessung ist, und andernfalls wird der Dualmessungsansatz benutzt.
  • 8 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines äußeren Steuerschleifensubsystems 50 der Stromsteuerung 46 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 8 gezeigt, kann die Stromsteuerung 46 unter Benutzung von logischen Invertern 52A und 52B, Set-Reset-Latches 54A und 54B und Multiplexern 56A und 56B implementiert sein.
  • Der logische Inverter 52A kann das Vergleichssignal C2 invertieren, und das Set-Reset-Latch 54A kann das Steuersignal ENABLE hysteretisch erzeugen, sodass das Steuersignal ENABLE durchgesetzt wird, wenn die Speisespannung VSUPPLY unter die Schwellenspannung V2 fällt, und deaktiviert wird, wenn die Speisespannung VSUPPLY über die Schwellenspannung V4 ansteigt. Wenn das Steuersignal ENABLE deaktiviert wird, kann die Steuerschaltung 40 die Ladeschalter 34 und Gleichrichtungsschalter 36 deaktivieren, und der Leistungswandler 20 kann im inaktiven Verstärkungsmodus betrieben werden.
  • Ferner kann der Inverter 52B das Vergleichssignal C1 invertieren, und das Set-Rest-Latch 54B kann hysteretisch ein Steuersignal MAX_ENABLE erzeugen, das anzeigt, ob ein Maximum für einen mittleren Zielstrom Iavg durch die Steuerschaltung 40 erzeugt werden sollte. Empfang des Steuersignals RESET_MAX kann das Steuersignal MAX_ENABLE deaktivieren, um die Steuerung der Spitzenstromschwelle Ipk und Talstromschwelle Ival zur inneren Steuerschleife zurückzuführen. Der Multiplexer 56A kann, basierend auf dem Steuersignal MAX_ENABLE, einem Maximum für die Spitzenstromschwelle Ipk und einer Zielspitzenstromschwelle Ipk (beispielsweise abgeleitet vom mittleren Zielstrom Iavg, der durch die Lastschätzeinrichtung 44 berechnet wird), eine Spitzenstromschwelle Ipk erzeugen. Gleicherweise kann der Multiplexer 56B, basierend auf dem Steuersignal MAX_ENABLE, einem Maximum für die Talstromschwelle Ival und einer Zieltalstromschwelle Ival (beispielsweise abgeleitet vom mittleren Zielstrom Iavg, der durch die Lastschätzeinrichtung 44 berechnet wird), eine Talstromschwelle Ival erzeugen.
  • Zur weiteren Veranschaulichung der äußeren Schleifensteuerung durch die Stromsteuerung 46 wird auf 9 Bezug genommen. Wie in 9 gezeigt, übersteigt, in Region I der Wellenformen, die Speisespannung VSUPPLY die Schwellenspannung V4, und der Aufwärtswandler 20 kann in den inaktiven Verstärkermodus versetzt werden, da das Set-Reset-Latch 54A bewirken kann, dass das Steuersignal ENABLE deaktiviert wird, wobei der Aufwärtswandler 20 hochohmig zurückgelassen wird. Dementsprechend kann in Region I die Last des Aufwärtswandlers 20 eine Abnahme der Speisespannung VSUPPLY bewirken.
  • Wenn die Speisespannung VSUPPLY unter die Schwellenspannung V2 absinkt, kann das Set-Reset-Latch 54A bewirken, dass das Steuersignal ENABLE durchgesetzt wird, und der Aufwärtswandler 20 kann in den aktiven Verstärkungsmodus eintreten. In Region II der Wellenformen, die in 9 gezeigt ist, kann die Lastschätzeinrichtung 44 die Spitzenstromschwelle Ipk und Talstromschwelle Ival durch die Schätzung des mittleren Zielstroms Iavg, die durch die Lastschätzeinrichtung 44 ausgeführt wird, tatsächlich steuern. Jedoch kann die Lastschätzeinrichtung 44 in dem spezifischen Beispiel, das in 9 gezeigt ist, die Speisespannung VSUPPLY nicht schnell genug „umdrehen“, und die Speisespannung VSUPPLY kann weiter abnehmen.
  • Dementsprechend kann die Speisespannung VSUPPLY unter die Schwellenspannung V1 abfallen, wodurch das Set-Reset-Latch 54B zum Setzen verursacht wird, wodurch das Steuersignal MAX_ENABLE durchgesetzt wird, wodurch der Spitzenstrom Ipk und Zieltalstrom Ival auf ihre Maximalwerte (maximaler Spitzenstrom Ipk-max und maximaler Talstrom Iavg-max) in Region III von 9 getrieben werden. Nach einer genügenden Erhöhung der Speisespannung VSUPPLY kann sich das Set-Reset-Latch 54B zurücksetzen und das Steuersignal MAX_ENABLE deaktivieren, und die Lastschätzeinrichtung 44 kann die Steuerung wiedererlangen, wie in Region IV der Wellenformen gezeigt. Wenn die Speisespannung VSUPPLY wieder weiter über die Schwellenspannung V4 ansteigt, kann das Set-Reset-Latch 54A das Steuersignal ENABLE wieder deaktivieren, wodurch bewirkt wird, dass der Aufwärtswandler 20 wieder in den inaktiven Verstärkungsmodus eintritt.
  • Dementsprechend kann die äußere Schleife, die durch die Stromsteuerung 46 implementiert wird, den Aufwärtswandler 20 zwischen einem Maximalstrom und einem hochohmigen Zustand umschalten und eine Welligkeit in der Speisespannung VSUPPLY auf ungefähr zwischen den Schwellenspannungen V1 und V4 begrenzen, auch wenn die innere Schleifensteuerung der Lastschätzeinrichtung 44 die Speisespannung VSUPPLY nicht reguliert.
  • 10 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines inneren Steuerschleifensubsystems 60 der Stromsteuerung 46 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. 11 stellt beispielhafte Wellenformen, die Beispiele der inneren Schleifensteuerung für den Aufwärtswandler 20 darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Wie in 10 gezeigt, kann das innere Steuerschleifensubsystem 60 den mittleren Zielstrom Iavg, der durch die Lastschätzeinrichtung 44 berechnet wird, aufnehmen, diesen mittleren Zielstrom Iavg durch eine Anzahl n der induktiven Verstärkungsphase 24, die im Aufwärtswandler 20 vorhanden ist, dividieren und jeden eines positiven Versatzes +Δ und eines negativen Versatzes -Δ auf den mittleren Zielstrom Iavg/n durch die Versatzblöcke 62A bzw. 62B anwenden. Die Ergebnisse der Versatzblöcke 62A und 62B können jeweils auf einen Minimalwert durch die Sättigungsblöcke 64A und 64B zum Erzeugen des Anstiegsstroms IR bzw. Abnahmestroms IF gesättigt werden. Addiererblöcke 68A und 68B können eine Hälfte des Rippelstroms Iripple zu jedem des Anstiegsstroms IR und Abnahmestroms IF addieren, und Addiererblöcke 70A und 70B können eine Hälfte des Rippelstroms Iripple von jedem des Anstiegsstroms IR und Abnahmestroms IF subtrahieren. Basierend auf den Vergleichssignalen C2 und C3 kann das Latch 66 das Steuersignal TOGGLE selektiv durchsetzen oder deaktivieren, um die Wahl der Multiplexer 72A und 72B auf Folgendes umzuschalten:
    • • falls das Steuersignal TOGGLE aufgrund dessen, dass die Speisespannung VSUPPLY unter die Schwellenspannung V2 abfällt, durchgesetzt wird, Erzeugen einer zwischenliegenden Spitzenstromschwelle Ipk' und einer zwischenliegenden Talstromschwelle Ival', sodass Ipk' = IR + Iripple/2 und Ival' = IR - Iripple/2 ist und der mittlere Induktorstrom der Anstiegsstrom IR ist;
    • • falls das Steuersignal TOGGLE aufgrund dessen, dass die Speisespannung VSUPPLY über die Schwellenspannung V3 ansteigt, deaktiviert wird, Erzeugen einer zwischenliegenden Spitzenstromschwelle Ipk' und einer zwischenliegenden Talstromschwelle Ival', sodass Ipk' = IF + Iripple/2 und Ival' = IF - Iripple/2 ist und der mittlere Induktorstrom der Abnahmestrom IF ist.
  • Wie oben in 8 gezeigt, können die zwischenliegende Spitzenstromschwelle Ipk' und die zwischenliegende Talstromschwelle Ival' durch das äußere Schleifensteuersubsystem 50 zum Erzeugen der Spitzenstromschwelle Ipk und Talstromschwelle Ival benutzt werden.
  • Daher kann Umschalten des Steuersignals TOGGLE die Regulierung der Speisespannung VSUPPLY zwischen der Schwellenspannung V2 und der Schwellenspannung V3 beibehalten, wie in 11 gezeigt. Beispielsweise kann, wenn das Steuersignal TOGGLE hoch ist, der mittlere Strom pro Phase auf den Anstiegsstrom IR eingestellt werden. Da dieser Stromwert zum mittleren Zielstrom Iavg durch den positiven Versatz +Δ versetzt ist, kann er die Speisespannung VSUPPLY zum Ansteigen veranlassen. Andererseits kann, wenn das Steuersignal TOGGLE niedrig ist, der mittlere Strom pro Phase auf den Abnahmestrom IF eingestellt werden. Da dieser Stromwert zum mittleren Zielstrom Iavg durch den negativen Versatz -Δ versetzt ist, kann er die Speisespannung VSUPPLY zum Abnehmen veranlassen.
  • Gelegentlich kann eine Änderung der Ladung am Ausgang des Aufwärtswandlers 20 zu einer Änderung des mittleren Zielstroms Iavg führen, wie in 11 zur Zeit t0 gezeigt, in welchem Falle die Lastschätzeinrichtung 44 den mittleren Zielstrom Iavg wie oben beschrieben modifizieren kann.
  • 12 stellt beispielhafte Wellenformen, die Beispiele von innerer Schleifensteuerung für den Aufwärtswandler 20 in Schwachlastszenarien darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Für Schwachlasten kann der mittlere Zielstrom Iavg, der durch die Lastschätzeinrichtung 44 berechnet wird, größer als ein minimaler mittlerer Zielstrom Iavg_min sein, der durch die gesättigten Blöcke 64A und 64B angelegt wird. Da der Anstiegsstrom IR und Abnahmestrom IF in diesem Szenario gesättigt sein können, kann der Induktorstrom IL größer sein, als es für einen statischen Betrieb des Aufwärtswandlers 20 erforderlich ist, wodurch die Speisespannung VSUPPLY erzwungenermaßen eine positive Neigung in den Regionen I und III von 12 aufweist. Wenn die Speisespannung VSUPPLY über die Schwellenspannung V4 steigt, kann das Set-Reset-Latch 54A vom äußeren Schleifensteuersubsystem 50 veranlassen, dass der Aufwärtswandler 20 in die inaktive Verstärkungsregion eintritt, was somit dazu führt, dass die Speisespannung VSUPPLY aufgrund des hochohmigen Zustands des Aufwärtswandlers 20 erzwungenermaßen eine negative Neigung in den Regionen II und IV von 12 aufweist. Unter Schwachlastbedingungen kann Umschalten zwischen dem aktiven Verstärkungszustand und dem inaktiven Verstärkungszustand mit fixen Sättigungsschwellen für die Spitzenstromschwelle Ipk und Talstromschwelle Ival die Leistungseffizienz maximieren.
  • In einer einfachen Implementierung der Steuerschaltung 40 kann die Steuerschaltung 40 als ein digitales Steuersystem implementiert sein, das Steuerparameter für die Spitzenstromschwelle Ipk, die Talstromschwelle Ival, das Steuersignal ENABLE und die Anzahl n von induktiven Verstärkungsphasen 24 einstellt.
  • Jedoch können aufgrund von Abtast- und Halteschaltungen, die in einer derartigen digitalen Implementierung eingesetzt werden können, und von obliegenden Verzögerungen mehrere Verzögerungstaktzyklen in der Zwischenzeit, wenn die Vergleicher 42 umschalten und wenn neue Steuerparameter festgelegt werden, auftreten. Eine derartige Verzögerung kann zu Überschwingen und Unterschwingen der Speisespannung VSUPPLY, die durch den Aufwärtswandler 20 erzeugt wird, führen, was zu unerwünschter Welligkeit und übermäßigem Spannungsabfall auf der Speisespannung VSUPPLY führen kann. Es kann wünschenswert sein, eine schnellere Reaktion auf schnelle Lasttransienten auf der Speisespannung VSUPPLY im Vergleich zu jener aufzuweisen, die durch eine völlig digitale Implementierung der Steuerschaltung 40 unterstützt werden könnte.
  • 13 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten der Steuerschaltung 40A gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Die Steuerschaltung 40A kann funktionell und/oder strukturell in vielerlei Hinsicht der Steuerschaltung 40 gleichen, die in 5 gezeigt ist, wobei ein Hauptunterschied darin liegt, dass die Stromsteuerung 46A in einen digitalen Berechnungsblock 82 und eine analoge Schaltung 84 aufgeteilt ist. Wie untenstehend detaillierter beschrieben, kann die analoge Schaltung 84 Verzögerungen, die in einer völlig digitalen Implementierung vorhanden wären, unter Benutzung von vorbesiedelten Werten für Steuerparameter, die durch den digitalen Berechnungsblock 82 erzeugt werden, und durch Auswählen unter derartigen vorbesiedelten Werten durch die analoge Schaltung 84, um Steuerparameter zu erzeugen, die der Spitzen-/Talsteuerung 48 und dem Aufwärtswandler 20 übermittelt werden, minimieren. Die analoge Schaltung 84 kann direkt durch die Vergleicher 42 betrieben werden, sodass die analoge Schaltung 84, wenn die Vergleicher 42 umschalten, sofort den Zustand ändert und neue erzeugte Steuerparameter für die Spitzenstromschwelle Ipk, die Talstromschwelle Ival, das Steuersignal ENABLE und die Anzahl n von aktivierten induktiven Verstärkungsphasen 24 wählt. Eine derartige Art und Weise des Änderns von Zuständen und Aktualisierens von Steuerparametern kann einen Pfad mit niedriger Latenz von den Vergleichern 42 zu neuen, aktualisierten Steuerparametern schaffen. Andererseits kann der digitale Berechnungsblock 82 zum Berechnen der vorbesiedelten Parameter basierend auf den Ausgaben der Vergleicher und auf seinem internen Steueralgorithmus konfiguriert sein.
  • 14 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines inneren Steuerschleifensubsystems 60A der Stromsteuerung 46A gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Das innere Schleifensteuersubsystem 60A kann funktionell und/oder strukturell in vielerlei Hinsicht dem inneren Schleifensteuersubsystem 60 gleichen, das in 10 gezeigt ist, unter der Ausnahme, dass die Multiplexer 72A und 72B und ein Abschnitt der analogen Zustandsmaschine 80 durch die analoge Schaltung 84 implementiert sein können und andere Komponenten des inneren Schleifensteuersubsystems 60A durch den digitalen Berechnungsblock 82 implementiert sein können. Wie in 14 gezeigt, kann der digitale Berechnungsblock 82 vorbesiedelte Werte basierend auf allen Vergleichssignalen C1, C2, C3 und C4 erzeugen, und die analoge Zustandsmaschine 80 kann, basierend auf den Vergleichssignalen C2 und C3, zum Steuern der Auswahl von derartigen vorbesiedelten Werten mit den Multiplexern 72A und 72B konfiguriert sein, um die zwischenliegende Spitzenstromschwelle Ipk' und die zwischenliegende Talstromschwelle Ival' zu erzeugen.
  • 15 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines äußeren Steuerschleifensubsystems 50A der Stromsteuerung 46A gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Das äußere Schleifensteuersubsystem 50A kann funktionell und/oder strukturell in vielerlei Hinsicht dem äußeren Schleifensteuersubsystem 50 gleichen, das in 8 gezeigt ist, unter der Ausnahme, dass die Multiplexer 56A und 56B und ein Abschnitt der analogen Zustandsmaschine 86 durch die analoge Schaltung 84 implementiert sein können. Wie in 15 gezeigt, kann die analoge Zustandsmaschine 86, basierend auf dem Vergleichssignal C1 und einem Steuersignal RESET_MAX, das durch den digitalen Berechnungsblock 82 erzeugt wird, zum Steuern zwischen der Auswahl von vorbesiedelten Werten für die maximale Spitzenstromschwelle Ipk_max und die maximale Talstromschwelle Ival_max einerseits und die zwischenliegende Spitzenstromschwelle Ipk' und die zwischenliegende Talstromschwelle Ival', die durch das innere Schleifensteuersubsystem 60A erzeugt werden, andererseits konfiguriert sein. Ferner kann die analoge Zustandsmaschine 86, basierend auf den Vergleichssignalen C2 und C4, zum Steuern des Signals ENABLE für den Aufwärtswandler 20 konfiguriert sein.
  • In einem Aufwärtswandler 20 mit mehrfachen induktiven Verstärkungsphasen 24 können alle induktiven Verstärkungsphasen 24 identische Sollwerte für die Spitzenstromschwelle Ipk und die Talstromschwelle Ival benutzen, und eine Verweistabelle oder ein ähnlicher geeigneter Ansatz kann zum Bestimmen, wie viele induktive Verstärkungsphasen 24 aktiv sind, basierend auf dem mittleren Zielstrom Iavg benutzt werden. Ferner kann eine derartige Verweistabelle oder ein derartiger anderer geeigneter Ansatz Hysterese aufweisen, um übermäßiges Aktivieren und Deaktivieren einer individuellen induktiven Verstärkungsphase 24 zu verhindern. Zusätzlich kann die Verweistabelle oder eine andere Verweistabelle zum Bestimmen, wie viele induktive Verstärkungsphasen 24 in einem maximalen Stromzustand des Aufwärtswandlers 20 (beispielsweise Speisespannung VSUPPLY < Schwellenspannung V1) aktiviert werden sollen, benutzt werden.
  • Obgleich die vorstehende Besprechung Stromsteuerung und Spannungsregulierung eines Aufwärtswandlers 20 betrachtet, versteht es sich, dass ähnliche oder identische Ansätze auf andere Arten von induktorbasierten Leistungswandlern, darunter u.a. Abwärtswandler und Abwärts-/Aufwärtswandler, angewendet werden können.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3A bis 3C kann jeder Leistungsinduktor 32 von jeweiligen induktiven Verstärkungsphasen 24 einen jeweiligen Induktorstrom IL (beispielsweise IL1, IL2 und IL3) ziehen. Außerdem würde man, da alle induktiven Verstärkungsphasen 24 identische Sollwerte für die Spitzenstromschwelle Ipk und die Talstromschwelle Ival benutzen können, wie oben beschrieben, erwarten, dass die Induktorströme IL1, IL2 und IL3 alle miteinander in Phase sind, in dem Falle, in dem die Impedanzen jeder induktiven Verstärkungsphase 24 identisch wären. In der praktischen Implementierung können jedoch, wenn die Impedanzen jeder induktiven Verstärkungsphase 24 im Wert unterschiedlich, jedoch nahe sind, die jeweiligen Induktorströme IL1, IL2 und IL3 langsam in und außer Phase miteinander treiben. Es können jedoch verhältnismäßig lange Perioden vorkommen, in denen zwei oder mehr von jeweiligen Induktorströmen IL1, IL2 und IL3 miteinander in Phase sind.
  • 16 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer Spitzen-/Talsteuerung 48A gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. In manchen Ausführungsformen kann die Spitzen-/Talsteuerung 48A zum Implementieren der Spitzen-/Talsteuerung 48, die in 5 gezeigt ist, benutzt werden. Wie in 16 gezeigt, kann die Spitzen-/Talsteuerung 48A Vergleicher 90A und 90B und ein Latch 92 enthalten. Der Vergleicher 90A kann zum Vergleichen eines Induktorstroms IL mit der Talstromschwelle Ival konfiguriert sein, während der Vergleicher 90B zum Vergleichen eines Induktorstroms IL mit der Spitzenstromschwelle Ipk konfiguriert sein kann. Das Latch 92 (das als ein Set-Reset-Latch oder eine andere geeignete Schaltung oder logisches Gerät implementiert sein kann) kann Steuersignale Px (beispielsweise Steuersignale P1, P2, P3 usw.) und P- x (beispielsweise Steuersignale P- 1, P- 2, P- 3 usw.) zum Steuern von Schaltern des Aufwärtswandlers 20 erzeugen, wie in 5 gezeigt. Beispielsweise kann, wenn der Induktorstrom IL unter die Talstromschwelle Ival fällt, das Latch 92 das Steuersignal Px durchsetzen und das Steuersignal P- x deaktivieren, und, wenn der Induktorstrom IL unter die Talstromschwelle Ival fällt, kann das Latch 92 das Steuersignal Px deaktivieren und das Steuersignal P- x durchsetzen.
  • Während der vorstehende hysteretische Aufwärtswandler 20, der oben beschrieben und dargestellt ist, zum Bewältigen der Nachteile von zahlreichen bestehenden Annäherungen an Leistungswandler wirksam sein kann, können die oben beschriebenen Systeme und Verfahren Unzulänglichkeiten für sehr niedrige Einschaltdauern des Aufwärtswandlers 20 aufweisen. Um diese potentiellen Unzulänglichkeiten zu demonstrieren, stellt 17A ein Schaubild einer beispielhaften Wellenform für Aufwärtswandlerinduktorstrom IL für typische Einschaltdauern des Aufwärtswandlers 20 (beispielsweise wenn das Verhältnis der Speisespannung VSUPPLY zur Spannung VDD_SENSE erheblich größer als 1 ist) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar, während 17B ein Schaubild einer beispielhaften Wellenform für Aufwärtswandlerinduktorstrom IL für sehr niedrige Einschaltdauern des Aufwärtswandlers 20 (beispielsweise wenn sich das Verhältnis der Speisespannung VSUPPLY zur Spannung VDD_SENSE an 1 annähert) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 17A und 17B gezeigt, kann während eines Transferzustands des Aufwärtswandlers 20 eine negative Neigung (bezüglich Zeit) des Induktorstroms IL durch die Differenz zwischen der Speisespannung VSUPPLY und der Spannung VDD_SENSE bestimmt werden, und wenn sich das Verhältnis der Speisespannung VSUPPLY zur Spannung VDD_SENSE an 1 annähert, wir die negative Neigung zunehmend flach (beispielsweise in der Größe geringer). Diese in der Größe abnehmende Neigung tritt infolgedessen auf, dass eine Einschaltdauer des Aufwärtswandlers 20 geringer wird (beispielsweise Einschaltdauern der Steuersignale Px geringer werden), da der Aufwärtswandler 20 abnehmende Zeitdauern im Ladezustand und zunehmende Zeitdauern im Transferzustand verbringt, wenn sich das Verhältnis der Speisespannung VSUPPLY zur Spannung VDD_SENSE an 1 annähert. Infolgedessen ist es möglich, dass für manche Werte der Spannung VDD_SENSE der Induktorstrom IL niemals auf die Talstromschwelle Ival abnehmen kann, was zu einem potentiell unendlichen Transferzustand führt, was weiterhin zu einem Induktorstrom IL führen kann, der einen Beharrungswert zwischen der Spitzenstromschwelle Ipk und der Talstromschwelle Ival erreicht.
  • Derartige erhöhte Transferzustände in Reaktion auf herabgesetzte Einschaltdauern können Absacken der Speisespannung VSUPPLY bewirken, besonders während hochbelastender Szenarien am Ausgang des Aufwärtswandlers 20. Zur Demonstration stellt 18A Schaubilder von beispielhaften Wellenformen für einen Ausgangsstromlaststrom ILOAD des Aufwärtswandlers 20, den Aufwärtswandlerinduktorstrom IL und die Speisespannung VSUPPLY, die durch den Aufwärtswandler 20 erzeugt wird, für typische Einschaltdauern des Aufwärtswandlers 20 in Reaktion auf eine Stufe des Laststroms ILOAD gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. 18B stellt Schaubilder von beispielhaften Wellenformen für den Ausgangsstromlaststrom ILOAD des Aufwärtswandlers 20, den Aufwärtswandlerinduktorstrom IL und die Speisespannung VSUPPLY, die durch den Aufwärtswandler 20 erzeugt wird, für sehr niedrige Einschaltdauern des Aufwärtswandlers 20 in Reaktion auf eine Stufe des Laststroms ILOAD gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Wie oben beschrieben, kann eine Erhöhung des Laststroms ILOAD bewirken, dass die Lastschätzeinrichtung 44 gemeinsam mit der Stromsteuerung 46 die Last zum Erhöhen der Spitzenstromschwelle Ipk und Talstromschwelle Ival erhöht, wie in jeder von 18A und 18B gezeigt. Derartige Erhöhung erhöht typischerweise einen mittleren Strom, der dem elektrischen Knoten der Speisespannung VSUPPLY zugeführt wird, wodurch die Regulierung der Speisespannung VSUPPLY beibehalten wird, wie in 18A gezeigt. Wenn sich das Verhältnis der Speisespannung VSUPPLY zur Spannung VDD_SENSE jedoch an 1 annähert (oder anders gesagt, wenn sich die Spannung VDD_SENSE der Speisespannung VSUPPLY annähert), kann eine Herabsetzung der Einschaltdauer des Aufwärtswandlers 20 zu einem in 18B gezeigten Szenario führen, in dem der Induktorstrom IL niemals auf die Talstromschwelle Ival abnimmt, was bedeutet, dass der Induktorstrom IL nicht mehr durch die Spitzenstromschwelle Ipk und Talstromschwelle Ival reguliert werden könnte. Infolgedessen kann der mittlere Strom, der dem elektrischen Knoten der Speisespannung VSUPPLY zugeführt wird, während der Stufenzunahme des Laststroms ILOAD nicht zunehmen, was bedeutet, dass der Aufwärtswandler 20 die Speisespannung VSUPPLY nicht mehr regulieren könnte, was zu einem unerwünschten Absacken der Speisespannung VSUPPLY führt.
  • 19 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48B mit weiteren Verbesserungen gegenüber der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48A von 16 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. In manchen Ausführungsformen kann die Spitzen-/Talsteuerung 48B zum Implementieren der Spitzen-/Talsteuerung 48, die in 5 gezeigt ist, benutzt sein. Ferner kann die Spitzen-/Talsteuerung 48B, die in 19 gezeigt ist, in vielerlei Hinsicht der Spitzen-/Talsteuerung 48A gleichen, die in 16 gezeigt ist, und daher sind im Folgenden nur bestimmte Unterschiede zwischen der Spitzen-/Talsteuerung 48B und der Spitzen-/Talsteuerung 48A beschrieben. Die Spitzen-/Talsteuerung 48B kann in analogen Schaltungen, digitalen Schaltungen oder einer Kombination davon implementiert sein.
  • 20 stellt Schaubilder von beispielhaften Wellenformen für des Laststrom ILOAD des Aufwärtswandlers 20, den Aufwärtswandlerinduktorstrom IL, einen Zähler, der innen durch den Timer 94 geführt wird, ein Kraftsignal FORCE, das durch den Timer 94 erzeugt wird, und das Steuersignal Px für sehr niedrige Einschaltdauern des Aufwärtswandlers 20 unter Benutzung der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48B in Reaktion auf eine Stufe des Laststroms ILOAD gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Ein Unterschied zwischen der Spitzen-/Talsteuerung 48B und der Spitzen-/Talsteuerung 48A ist, dass die Spitzen-/Talsteuerung 48B einen Timer 94 enthalten kann, der zum Halten in Zurücksetzung konfiguriert ist, wenn das Steuersignal Px durchgesetzt wird (d.h. wenn das Steuersignal Px hoch ist). Wenn das Steuersignal Px deaktiviert wird (d.h. wenn der Aufwärtswandler 20 in seinen Transferzustand eintritt), kann der Timer 94 das Timen einer Dauer des Transferzustands beginnen. Wenn der Transferzustand eine vorbestimmte maximale Dauer übersteigt, setzt der Timer 94 ein Kraftsignal FORCE durch.
  • Wie außerdem in 19 gezeigt, kann die Spitzen-/Talsteuerung 48B ein logisches ODER-Gatter 96 enthalten, das eine logische ODER-Operation auf den Vergleicher 90A mit dem Kraftsignal FORCE ausführt. Infolgedessen kann, wenn nach einem Beginn eines Transferzustands des Aufwärtswandlers 20 der Induktorstrom IL nicht innerhalb der vorbestimmten maximalen Dauer des Timers 94 auf die Talstromschwelle Ival abnimmt, der Timer 94 das Kraftsignal FORCE durchsetzen, um das Ende des Transferzustands zu erzwingen und einen neuen Ladezustand zu beginnen. Dementsprechend ist, selbst wenn der Induktorstrom IL nicht auf die Talstromschwelle Ival abnimmt, der Aufwärtswandler 20 immer noch dazu imstande, den Induktorstrom IL periodisch zu erhöhen und dadurch zu bewirken, dass der Induktorstrom IL periodisch die Spitzenstromschwelle Ipk erreicht, sodass der Induktorstrom IL durch die Spitzenstromschwelle Ipk reguliert werden kann, was es wiederum dem Aufwärtswandler 20 ermöglicht, Stromsteuerung und Regulierung der Speisespannung VSUPPLY beizubehalten.
  • Ein potentieller Nachteil der Spitzen-/Talsteuerung 48B kann in digitalen Implementierungen von einigen oder allen Komponenten der Spitzen-/Talsteuerung 48B auftreten. Zur Veranschaulichung kann bei der Spitzen-/Talsteuerung 48B das Steuersignal Px in ein diskretes Zeitsignal unter Benutzung einer Halteschaltung nullter Ordnung (beispielsweise eines Synthesizers, einer Reihe von Latches usw.) umgewandelt werden. In einer derartigen digitalen Implementierung könnten, wenn eine Impulsbreite des Steuersignals Px geringer als eine digitale Abtastperiode ist, die digitalen Schaltungen, die die Spitzen-/Talsteuerung 48B implementieren, derartigen Impuls nicht erkennen.
  • 21 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48C mit weiteren Verbesserungen gegenüber der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48B von 19 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. In manchen Ausführungsformen kann die Spitzen-/Talsteuerung 48C zum Implementieren der Spitzen-/Talsteuerung 48, die in 5 gezeigt ist, benutzt sein. Ferner kann die Spitzen-/Talsteuerung 48C, die in 21 gezeigt ist, in vielerlei Hinsicht der Spitzen-/Talsteuerung 48B gleichen, die in 19 gezeigt ist, und daher sind im Folgenden nur bestimmte Unterschiede zwischen der Spitzen-/Talsteuerung 48C und der Spitzen-/Talsteuerung 48B beschrieben.
  • Wie in 21 gezeigt, kann die Spitzen-/Talsteuerung 48C zusätzlich zu jenen Komponenten der Spitzen-/Talsteuerung 48B ein zweites Set-Reset-Latch 98 und eine Halteschaltung nullter Ordnung 99 enthalten. Im Betrieb kann der Set-Eingang des Set-Reset-Latch 98 das Steuersignal Px empfangen. Selbst wenn das Steuersignal Px eine kurze Dauer aufweist, kann das Set-Reset-Latch 98 seine Ausgabe Q durchsetzen, bis das Set-Reset-Latch 98 zurückgesetzt ist. Sobald die Ausgabe Q des Set-Reset-Latch 98 durchgesetzt ist, kann ein digitales Subsystem, das den Timer 94 und die Halteschaltung nullter Ordnung 99 umfasst, die Ausgabe Q des Set-Reset-Latch 98 während seines nächsten Taktzyklus unter Benutzung der Halteschaltung nullter Ordnung 99 messen. Die abgetastete Ausgabe der Halteschaltung nullter Ordnung 99 kann vom den Timer 94 empfangen werden, um den Timer 94 zurückzustellen, und diese abgetastete Ausgabe kann außerdem vom Reset-Eingang des Set-Reset-Latch 98 empfangen werden, um als ein Bestätigungssignal ACK zum Zurücksetzen des Set-Reset-Latch 98 zu dienen. Dementsprechend kann die Einbindung des zweiten Set-Reset-Latch 98 und der Halteschaltung nullter Ordnung 99 gewährleisten, dass der Timer 94 keine Impulse des Steuersignals Px verpasst. Als eine mögliche Variation der Ausführungsformen, die in 21 dargestellt sind, kann das Set-Reset-Latch 98 in manchen Ausführungen als ein Set-Dominant-Latch konfiguriert sein, um unnötiges Umschalten seines Ausgangs zu verhindern, sollte das Steuersignal Px für mehr als den einen digitalen Taktzyklus durchgesetzt verbleiben.
  • Ein möglicher Nachteil der Spitzen-/Talsteuerung 48C kann aus Verarbeitungsverzögerungen resultieren, die das Kraftsignal FORCE und Bestätigungssignal ACK um ein oder mehr digitale Taktsignale verzögern können. Aufgrund derartiger Verzögerung kann das Steuersignal Px zu lange durchgesetzt bleiben, wodurch potentiell Überschwingen des Induktorstroms IL weit über die Spitzenstromschwelle Ipk bewirkt wird. Derartiges Überschwingen kann zu Induktorsättigung und Schaden an den Schaltungen des Aufwärtswandlers 20 führen.
  • 22 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten einer beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48D mit weiteren Verbesserungen gegenüber der beispielhaften Spitzen-/Talsteuerung 48C von 21 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. In manchen Ausführungsformen kann die Spitzen-/Talsteuerung 48D zum Implementieren der Spitzen-/Talsteuerung 48, die in 5 gezeigt ist, benutzt sein. Ferner kann die Spitzen-/Talsteuerung 48D, die in 22 gezeigt ist, in vielerlei Hinsicht der Spitzen-/Talsteuerung 48C gleichen, die in 21 gezeigt ist, und daher sind im Folgenden nur bestimmte Unterschiede zwischen der Spitzen-/Talsteuerung 48D und der Spitzen-/Talsteuerung 48C beschrieben.
  • Wie in 22 gezeigt, kann die Spitzen-/Talsteuerung 48D zusätzlich zu jenen Komponenten der Spitzen-/Talsteuerung 48C ein logisches UND-Gatter 97 enthalten. Das logische UND-Gatter 97 kann eine logische UND-Operation auf das Kraftsignal FORCE und die komplementäre Ausgabe Q des Set-Reset-Latch 98 ausführen, die logisch durch einen Inverter 95 invertiert wird. Infolgedessen kann das logische UND-Gatter 97 jegliche fehlerhafte Durchsetzungen des Kraftsignals FORCE maskieren, die aus digitalen Verarbeitungsverzögerungen jeglicher digitalen Schaltungen, die zum Implementieren der Spitzen-/Talsteuerung 48D benutzt werden, resultieren können.
  • Wie hierin benutzt, zeigt, wenn zwei oder mehr Elemente als aneinander „angekoppelt“ bezeichnet werden, ein derartiger Ausdruck an, dass derartige zwei oder mehr Elemente in elektronischer Verbindung oder mechanischer Verbindung stehen, je nach Anwendung, ob indirekt oder direkt verbunden, mit oder ohne zwischenliegenden Elementen.
  • Diese Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abänderungen und Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen hierin, die für den Durchschnittsfachmann erfassbar wären. Gleicherweise umfassen die beiliegenden Ansprüche, wo es zweckmäßig ist, alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abänderungen und Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen hierin, die für den Durchschnittsfachmann erfassbar wären. Zudem schließt Bezugnahme in den beiliegenden Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das zum Ausführen einer bestimmten Funktion geeignet, angeordnet, imstande, konfiguriert, freigegeben, betriebsfähig oder betriebsbereit ist, diese Vorrichtung, dieses System oder die Komponente ein, ob diese Funktion nun aktiviert, eingeschaltet oder entsperrt ist oder nicht, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente derart geeignet, angeordnet, imstande, konfiguriert, freigegeben, betriebsfähig oder betriebsbereit ist. Dementsprechend können Modifikationen, Hinzufügungen und Auslassungen an den hierin beschriebenen Systemen, Vorrichtungen und Verfahren vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können die Komponenten der Systeme oder Vorrichtungen integriert oder getrennt sein. Zudem können die Betriebsvorgänge der hierin offenbarten Systeme und Vorrichtungen durch mehr, weniger oder andere Komponenten ausgeführt werden, und die hierin beschriebenen Verfahren können mehr, weniger oder andere Schritte beinhalten. Zudem können Schritte in jeglicher geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich „jede/r/s“ auf jedes Glied eines Satzes oder auf jedes Glied eines Teilsatzes eines Satzes.
  • Obgleich beispielhafte Ausführungsformen in den Figuren dargestellt und untenstehend beschrieben sind, können die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung unter Anwendung jeglicher Anzahl von Techniken, ob derzeit bekannt oder nicht, implementiert werden. Die vorliegende Offenbarung sollte keineswegs auf die beispielhaften Implementierungen und Techniken begrenzt werden, die in den Zeichnungen dargestellt und obenstehend beschrieben sind.
  • Falls nicht spezifisch anders angegeben, sind in den Zeichnungen abgebildete Gegenstände nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
  • Alle hierin angeführten Beispiele und Formulierungen sollen pädagogischen Zwecken dienen, um dem Leser dabei zu unterstützen, die Offenbarung und die Konzepte, die vom Erfinder zum Voranbringen des Fachgebiets beigesteuert werden, zu verstehen, und sie sind ohne Einschränkung derartiger spezifisch angeführter Beispiele und Bedingungen ausgelegt. Obgleich Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detailliert beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen daran vorgenommen werden könnten, ohne vom Umfang und Wesen der Offenbarung abzuweichen.
  • Obgleich oben spezifische Vorteile aufgezählt wurden, können verschiedene Ausführungsformen einige, keine oder alle der aufgezählten Vorteile enthalten. Zusätzlich können andere technische Vorteile für den Durchschnittsfachmann nach der Prüfung der vorstehenden Figuren und Beschreibung ohne weiteres ersichtlich werden.
  • Um das Patentamt und jegliche Leser jeglichen Patents, das unter dieser Anmeldung eingereicht wird, bei der Auslegung der dort beiliegenden Ansprüche zu unterstützen, möchten die Anmelder anmerken, dass sie nicht beabsichtigen, dass sich die beiliegenden Ansprüche oder Anspruchselemente auf 35 U.S.C. § 112(f) berufen, sofern die Wörter „Mittel zum“ oder „Schritt zum“ nicht ausdrücklich in dem bestimmten Anspruch verwendet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 17119517 [0017]

Claims (23)

  1. Verfahren zum Steuern eines Stroms, der mit einem Leistungswandler assoziiert ist, umfassend: Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Strom; und ferner Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Schalten des Leistungswandlers zwischen einem Ladezustand, in dem der Strom zunimmt, und einem Transferzustand, in dem der Strom abnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend Schalten des Leistungswandlers zwischen dem Transferzustand und dem Ladezustand basierend auf der Zeitdauer.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Zeitdauer eine Zeitdauer des Transferzustands umfasst und das Verfahren ferner Schalten des Leistungswandlers aus dem Transferzustand in den Ladezustand umfasst, wenn die Zeitdauer eine Schwellendauer übersteigt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Messen der Zeitdauer mit einem Timer.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend Zurückstellen des Timers beim Beginn des Schaltzustands.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schaltzustand ein Transferzustand des Leistungswandlers ist, in dem der Strom abnimmt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend Halten des Timers auf Zurückstellung während einer Dauer eines Ladezustands des Leistungswandlers, in dem der Strom zunimmt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Halten des Timers auf Zurückstellung bis zu Erzeugung und Empfang eines Bestätigungssignals, das anzeigt, dass der Timer eine Änderung des Schaltzustands des Leistungswandlers registriert hat.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Ausgleichen von Signalverzögerungen von digitalen Komponenten des Timers, die eines oder beides des Bestätigungssignals und eines Signals beeinflussen, das zum Erzwingen einer Änderung des Schaltzustands in Reaktion darauf, dass der Timer eine Schwellendauer übersteigt, benutzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend Zurücksetzen des Timers nach Erzeugung und Empfang eines Bestätigungssignals, das anzeigt, dass der Timer eine Änderung des Schaltzustands des Leistungswandlers registriert hat.
  12. Steuerschaltung zum Steuern eines Stroms, der mit einem Leistungswandler assoziiert ist, die Steuerschaltung umfassend: schwellenbasierte Steuerschaltungen, die zum Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Leistungswandler konfiguriert sind; und timerbasierte Steuerschaltungen, die zum Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt, konfiguriert sind.
  13. Steuerschaltung nach Anspruch 12, wobei die Steuerschaltung zum Schalten des Leistungswandlers zwischen einem Ladezustand, in dem der Strom zunimmt, und einem Transferzustand, in dem der Strom abnimmt, konfiguriert ist.
  14. Steuerschaltung nach Anspruch 13, wobei die timerbasierten Steuerschaltungen zum Schalten des Leistungswandlers zwischen dem Transferzustand und dem Ladezustand basierend auf der Zeitdauer konfiguriert sind.
  15. Steuerschaltung nach Anspruch 14, wobei die Zeitdauer eine Zeitdauer des Transferzustands umfasst und die timerbasierten Steuerschaltungen zum Schalten des Leistungswandlers aus dem Transferzustand in den Ladezustand konfiguriert sind, wenn die Zeitdauer eine Schwellendauer übersteigt.
  16. Steuerschaltung nach Anspruch 12, wobei die timerbasierten Steuerschaltungen ferner zum Messen der Zeitdauer mit einem Timer konfiguriert sind.
  17. Steuerschaltung nach Anspruch 16, wobei die timerbasierten Steuerschaltungen ferner zum Zurückstellen des Timers beim Beginn des Schaltzustands konfiguriert sind.
  18. Steuerschaltung nach Anspruch 17, wobei der Schaltzustand ein Transferzustand des Leistungswandlers ist, in dem der Strom abnimmt.
  19. Steuerschaltung nach Anspruch 18, wobei die timerbasierten Steuerschaltungen ferner zum Halten des Timers auf Zurückstellung während einer Dauer eines Ladezustands des Leistungswandlers, in dem der Strom zunimmt, konfiguriert sind.
  20. Steuerschaltung nach Anspruch 19, wobei die timerbasierten Steuerschaltungen ferner zum Halten des Timers auf Zurückstellung bis zu Erzeugung und Empfang eines Bestätigungssignals, das anzeigt, dass der Timer eine Änderung des Schaltzustands des Leistungswandlers registriert hat, konfiguriert sind.
  21. Steuerschaltung nach Anspruch 20, ferner umfassend Ausgleichsschaltungen, die zum Ausgleichen von Signalverzögerungen von digitalen Komponenten des Timers, die eines oder beides des Bestätigungssignals und eines Signals beeinflussen, das zum Erzwingen einer Änderung des Schaltzustands in Reaktion darauf, dass der Timer eine Schwellendauer übersteigt, benutzt wird, konfiguriert sind.
  22. Steuerschaltung nach Anspruch 18, wobei die timerbasierten Schaltungen ferner zum Zurücksetzen des Timers nach Erzeugung und Empfang eines Bestätigungssignals, das anzeigt, dass der Timer eine Änderung des Schaltzustands des Leistungswandlers registriert hat, konfiguriert sind.
  23. Gerät, umfassend: einen Leistungswandler; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines Stroms, der mit einem Leistungswandler assoziiert ist, die Steuerschaltung umfassend: schwellenbasierte Steuerschaltungen, die zum Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Leistungswandler konfiguriert sind; und timerbasierte Steuerschaltungen, die zum Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt, konfiguriert sind.
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