DE112021004010T5

DE112021004010T5 - Steuerung eines leistungswandlers basierend auf dynamischen beschränkungsfaktoren

Info

Publication number: DE112021004010T5
Application number: DE112021004010.3T
Authority: DE
Inventors: Graeme G. Mackay; Ajit Sharma; Jason W. Lawrence; Eric J. King
Original assignee: Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Current assignee: Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US20220037888A1; US11183849B1; CN116057807A; JP2023537677A; GB2611944A; TW202224307A; KR20230042031A; WO2022026098A1; GB202300812D0; US11515707B2

Abstract

Ein Leistungszufuhrsystem kann einen Leistungswandler, der zum elektrischen Koppeln an eine Leistungsquelle konfiguriert ist und ferner zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer oder mehr Lasten, welche elektrisch an einen Ausgang des Leistungswandlers gekoppelt sind, konfiguriert ist, und Steuerschaltungen enthalten, die zum Auswählen eines Beschränkungsfaktors aus mehreren verschiedenen Beschränkungsfaktoren basierend auf zumindest einem einer Eingangsspannung zum Leistungswandler und eines Leistungspegels, der für den Leistungswandler verfügbar ist, und zum Steuern des Leistungswandlers gemäß dem Beschränkungsfaktor konfiguriert sind.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Schaltungen für elektronische Geräte, darunter u.a. persönliche tragbare Geräte, wie etwa drahtlose Telefone und Mediaplayer, und insbesondere Begrenzen von Strom in einem Leistungswandler.
HINTERGRUND
Tragbare elektronische Geräte, darunter drahtlose Telefone, wie etwa mobile/zellulare Telefone, Tablets, schnurlose Telefone, MP3-Spieler und andere Verbrauchergeräte, sind weit verbreitet in Verwendung. Ein derartiges tragbares elektronisches Gerät kann Schaltungen zum Implementieren eines Leistungswandlers zum Umwandeln einer Batteriespannung (die beispielsweise durch eine Lithium-Ionen-Batterie vorgesehen wird) in eine Speisespannung enthalten, welche einer oder mehr Komponenten des tragbaren elektronischen Geräts zugeführt wird. Das Spannungszufuhrnetzwerk kann derartige Speisespannung außerdem regulieren und die nachgeschalteten Lasten dieser einen oder mehr Geräte von Schwankungen in einer Ausgangsspannung der Batterie im Verlauf des Betriebs isolieren.
Neben dem Regulieren der Versorgungsschiene für die Speisespannung kann es erwünscht sein, dass der Leistungswandler (oder eine Steuerschaltung für den Leistungswandler) aktive Schutzmechanismen zum Begrenzen einer Strommenge vorsieht, die durch die eine oder mehr Komponenten, welche durch die Versorgungsschiene mit Energie versorgt werden, aufgenommen werden kann.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung können ein oder mehr Nachteile und Probleme im Zusammenhang mit bestehenden Ansätzen zum Betreiben eines Leistungswandlers vermindert oder beseitigt werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Leistungszufuhrsystem einen Leistungswandler, der zum elektrischen Koppeln an eine Leistungsquelle konfiguriert ist und ferner zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer oder mehr Lasten, welche elektrisch an einen Ausgang des Leistungswandlers gekoppelt sind, konfiguriert ist, und Steuerschaltungen enthalten, die zum Auswählen eines Beschränkungsfaktors aus mehreren verschiedenen Beschränkungsfaktoren basierend auf zumindest einem einer Eingangsspannung zum Leistungswandler und eines Leistungspegels, der für den Leistungswandler verfügbar ist, und zum Steuern des Leistungswandlers gemäß dem Beschränkungsfaktor konfiguriert sind.
Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Leistungswandler zum Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und zum Erzeugen einer Ausgangsspannung und Arbeiten in mehreren Betriebsbereichen konfiguriert sein, wobei ein maximaler Strom, der durch den Leistungswandler in jedem Betriebsbereich der mehreren Betriebsbereiche aufgenommen wird, durch einen Beschränkungsfaktor definiert ist, der einem derartigen Betriebsbereich entspricht.
Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Leistungszufuhrsystem einen Leistungswandler, der zum Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und zum Erzeugen einer Ausgangsspannung konfiguriert ist, und Steuerschaltungen enthalten, die zum Berechnen von mehreren Stromgrenzwerten, wobei jeder Stromgrenzwert der mehreren Stromgrenzwerte einem Beschränkungsfaktor entspricht, und Steuern des Leistungswandlers basierend auf einem Stromgrenzwert, der als ein niedrigster der mehreren Stromgrenzwerte ausgewählt wird, konfiguriert sind.
Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren, in einem Leistungswandler, der zum elektrischen Koppeln an eine Leistungsquelle konfiguriert ist und ferner zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer oder mehr Lasten, welche elektrisch an einen Ausgangs des Leistungswandlers gekoppelt sind, konfiguriert ist, Auswählen eines Beschränkungsfaktors aus mehreren Beschränkungsfaktoren basierend auf zumindest einem einer Eingangsspannung zum Leistungswandler und eines Leistungspegels, der für den Leistungswandler verfügbar ist, und Steuern des Leistungswandlers gemäß dem Beschränkungsfaktor beinhalten.
Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und Erzeugen einer Ausgangsspannung und Arbeiten in mehreren Betriebsbereichen beinhalten, wobei ein maximaler Strom, der durch den Leistungswandler in jedem Betriebsbereich der mehreren Betriebsbereiche aufgenommen wird, durch einen Beschränkungsfaktor definiert ist, der einem derartigen Betriebsbereich entspricht.
Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren in einem System vorgesehen sein, das einen Leistungswandler aufweist, welcher zum Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Leistungsquelle und zum Erzeugen einer Ausgangsspannung konfiguriert ist. Das Verfahren kann Berechnen von mehreren Stromgrenzwerten, wobei jeder Stromgrenzwert der mehreren Stromgrenzwerte einem Beschränkungsfaktor entspricht, und Steuern des Leistungswandlers basierend auf einem Stromgrenzwert, der als ein niedrigster der mehreren Stromgrenzwert ausgewählt wird, beinhalten.
Gemäß diesen und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein Gerät eine oder mehr Komponenten, einen Leistungswandler, der zum Zuführen von elektrischer Energie zu der einen oder mehr Komponenten konfiguriert ist, und eine Steuerschaltung zum Steuern eines Stroms, der mit dem Leistungswandler assoziiert ist, enthalten, wobei die Steuerschaltung schwellenbasierte Steuerschaltungen, die zum Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Strom konfiguriert sind, und timerbasierte Steuerschaltungen umfasst, 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 Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines Leistungszufuhrnetzwerks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ein beispielhaftes Schaubild einer Ruhrspannung einer Batterie gegenüber dem Ladezustand der Batterie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines äquivalenten Schaltungsmodells für eine Batterie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 ein beispielhaftes Schaubild einer Batteriespannung und eines Batteriestroms gegenüber Zeit, die mit einer aus der Batterie aufgenommenen Stromstufe assoziiert ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 ein Modell erster Ordnung einer Batterie, das auf eine zeitvariierende Spannungsquelle in Reihe mit einem äquivalenten Reihenwiderstand vereinfacht ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
6 ein beispielhaftes Schaubild eines maximalen Batteriestroms gegenüber einer internen effektiven Batteriespannung für Batterieschutz gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 ein Blockdiagramm von ausgewählten Impedanzen innerhalb des Leistungszufuhrnetzwerks, das in 1 gezeigt ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 ein beispielhaftes Schaubild einer Ausgangsleistung eines Leistungswandlers gegenüber Batteriestrom, der durch den Leistungswandler aufgenommen wird, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 ein beispielhaftes Schaubild eines maximalen Batteriestroms gegenüber einer internen effektiven Batteriespannung für Leistungswandlerstabilität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
10 ein beispielhaftes Schaubild eines maximalen Batteriestroms gegenüber einer internen effektiven Batteriespannung für Leistungsbegrenzungsüberlegungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
11 ein beispielhaftes Schaubild eines maximalen Batteriestroms gegenüber einer internen effektiven Batteriespannung für Leistungsbegrenzungsüberlegungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines Leistungszufuhrnetzwerks 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. In manchen Ausführungsformen kann das Leistungszufuhrnetzwerk 10 innerhalb eines tragbaren elektronischen Geräts, wie etwa eines Smartphones, Tablets, einer Spielsteuerung und/oder anderen geeigneten Geräts, implementiert sein.
Wie in 1 gezeigt, kann das Leistungszufuhrnetzwerk 10 eine Batterie 12 und einen Leistungswandler 20 enthalten, der zum Umwandeln einer Batteriespannung V_CELL, die durch die Batterie 12 erzeugt wird, in eine Speisespannung V_SUPPLY, welche zum Versorgen von mehreren nachgeschalteten Komponenten 18 mit Energie benutzt wird, konfiguriert ist, wobei jede nachgeschaltete Komponente 18 einen jeweiligen Strom I_LOAD1, I_LOAD2, I_LOAD3 usw. aus dem Ausgang des Leistungswandlers 20 aufnehmen kann, d.h., es kann ein Summenlaststrom I_LOAD = I_LOAD1 + I_LOAD2 + ... + I_LOADN durch den Leistungswandler 20 erzeugt werden. Der Leistungswandler 20 kann unter Benutzung eines Aufwärtswandlers, Abwärtswandlers, Abwärts-/Aufwärtswandlers, Transformators, einer Ladepumpe und/oder jeglichen anderen geeigneten Leistungswandlers implementiert sein. Die nachgeschalteten Komponenten 18 des Leistungszufuhrnetzwerks 10 können jegliche geeigneten funktionellen Schaltungen oder Geräte des Leistungszufuhrnetzwerks 10 enthalten, darunter u.a. andere Leistungswandler, Prozessoren, Audiocodierer/-decodierer, Verstärker, Anzeigengeräte usw.
Wie in 1 gezeigt, kann das Leistungszufuhrnetzwerk 10 außerdem Steuerschaltungen 30 zum Steuern des Betriebs des Leistungswandlers 20 enthalten, darunter Schalten und Umschalten von internen Schaltern des Leistungswandlers 20. Zudem können die Steuerschaltungen 30, wie unten detaillierter beschrieben, außerdem aktive Schutzmechanismen zum Begrenzen des Stroms I_CELL, der aus der Batterie 12 aufgenommen wird, implementieren.
Ab dem Einreichungsdatum ist bekannt, das Lithium-Ionen-Batterien typischerweise auf 4,2 V bis 3,0 V arbeiten, was als Ruhespannung V_OC der Batterie (beispielsweise der Batterie 12) bekannt ist. Da sich eine Batterie aufgrund dessen, dass ein Strom aus der Batterie aufgenommen wird, entlädt, kann der Ladezustand der Batterie ebenfalls abnehmen, und die Ruhespannung Voc (die eine Funktion des Ladezustands sein kann) kann infolge elektrochemischer Reaktionen, die innerhalb der Batterie stattfinden, ebenfalls abnehmen, wie in 2 gezeigt. Außerhalb des Bereichs von 3,0 V und 4,2 V für die Ruhespannung V_OC können sich die Kapazität, Lebensdauer und Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie verschlechtern. Beispielsweise können auf ungefähr 3,0 V ungefähr 95 % der Energie in einer Lithium-Ionen-Zelle verbraucht sein (d.h., der Ladezustand beträgt 5 %), und die Ruhespannung V_OC wäre einem raschen Abfall unterworfen, wenn weitere Entladung stattfinden würde. Unterhalb von ungefähr 2,4 V können Metallplatten einer Lithium-Ionen-Batterie erodieren, wodurch höhere interne Impedanz für die Batterie, niedrigere Kapazität und potentieller Kurzschluss bewirkt werden können. Daher können zahlreiche tragbare elektronische Geräte zum Schutz einer Batterie (beispielsweise der Batterie 12) vor Tiefentladung den Betrieb unterhalb einer vorbestimmten Entladungsschlussspannung V_CELL-MIN verhindern.
3 stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten eines äquivalenten Schaltungsmodells für eine Batterie 12 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in 3 gezeigt, kann die Batterie 12 als eine Batteriezelle 32 aufweisend modelliert sein, die eine Ruhespannung V_OC in Reihe mit mehreren parallelen resistiv-kapazitiven Sektionen 34 und ferner in Reihe mit einem äquivalenten Reihenwiderstand 36 der Batterie 12 aufweist, wobei ein derartiger Reihenwiderstand einen Widerstand von R₀ aufweist. Widerstände R1, R2, ..., RN und jeweilige Kapazitäten C1, C2, ..., CN können batteriechemieabhängige Zeitkonstanten τ₁, τ\₂, ..., τ_N, modellieren, die mit der Ruhespannung Voc und dem äquivalenten Reihenwiderstand 36 zusammengestellt werden können. Bemerkenswerterweise erfasst ein elektrischer Knoten, der mit der Spannung V_CELL-EFF in 3 dargestellt ist, das zeitvariierende Entladungsverhalten der Batterie 12, und die Batteriespannung V_CELL ist eine tatsächliche Spannung, die an Ausgangsanschlüssen der Batterie 12 ersichtlich ist. Die Spannung V_CELL-EFF könnte nicht direkt messbar sein, und daher könnte die Batteriespannung V_CELL die einzige mit der Batterie 12 assoziierte Spannung sein, die zum Bewerten des Batteriegesundheitszustands gemessen werden kann. Ebenfalls zu beachten ist, dass bei einer Stromaufnahme von Null (beispielsweise I_CELL = 0) die Batteriespannung V_CELL gleich der Spannung V_CELL-EFF sein kann, die wiederum gleich einer Ruhespannung V_OC auf einem gegebenen Ladezustand sein kann.
4 stellt ein beispielhaftes Schaubild der Batteriespannung V_CELL und eines Batteriestroms I_CELL gegenüber Zeit, die mit einer aus der Batterie 12 aufgenommenen Stromstufe assoziiert ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
Wie in 4 gezeigt, kann in Reaktion auf ein Stromstufenereignis die Batteriespannung V_CELL auf die Stufe reagieren, da die Reaktionskurve für die Batteriespannung V_CELL einen anfänglichen sofortigen Abfall (beispielsweise aufgrund des äquivalenten Reihenwiderstands 36) und zeitabhängige Spannungsabfälle aufgrund der Zeitkonstanten τ₁, τ₂, ..., τ_N erfährt. Die Ruhespannung Voc und die verschiedenen Impedanzen R₀, R₁, R₂, ..., R_N können eine Funktion des Ladezustands der Batterie 12 sein, wodurch impliziert ist, dass sich eine transiente Reaktion auf eine neue, vollständig geladene Batterie erheblich von jener einer alten, teilweise entladenen Batterie unterscheiden kann.
Im Betrieb können die Steuerschaltungen 30 einen maximalen Batteriestrom I_CELL, der aus der Batterie 12 zu jedem gegebenen Zeitpunkt aufgenommen werden kann, basierend auf einer oder mehr Beschränkungen bestimmen, darunter Schutz der Batterie 12, Stabilität des Leistungswandlers 20 und/oder mit praktischen Begrenzungen zusammenhängende Begrenzungen.
Eine erste Beschränkung, die durch die Steuerschaltungen 30 auferlegt werden kann, sind durch die Batterie gesetzte Begrenzungen für das Maximum des Batteriestroms I_CELL. Zur Veranschaulichung der Anwendung dieser Beschränkung stellt 5 ein Modell erster Ordnung der Batterie 12, das auf eine zeitvariierende Spannungsquelle 38 mit einer Spannung V_CELL-EFF in Reihe mit einem äquivalenten Reihenwiderstand 36 mit einem Widerstandswert von R₀ vereinfacht ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Ein maximaler Batteriestrom I_CELL-MAX, den die Batterie 12 zu liefern imstande ist, kann direkt vom äquivalenten Reihenwiderstand 36 abhängen. Der Batteriestrom I_CELL muss durch den äquivalenten Reihenwiderstand 36 fließen, der die Batteriespannung V_CELL von der Spannung V_CELL-EFF um einen Betrag verringern kann, der gleich dem Widerstand R₀ multipliziert mit dem Batteriestrom I_CELL ist (z.B. V_CELL = V_CELL-EFF - R₀I_CELL). Noch bedeutsamer ist vielleicht, dass der Batteriestrom I_CELL, der durch den äquivalenten Reihenwiderstand 36 fließt, Verlustleistung innerhalb der Batterie 12 bewirken kann, die gleich dem Widerstand R₀ multipliziert mit dem Quadrat des Batteriestroms I_CELL ist (z.B. P = R₀I_CELL²). Bei hohen Entladungsraten kann der Batteriestrom I_CELL zu erheblicher Erhitzung innerhalb der Batterie 12 führen. Das oben besprochene Erfordernis, dass die Batteriespannung V_CELL oberhalb der Entladungsschlussspannung I_CELL-MAX bleiben muss, setzt dem maximalen Batteriestrom eine Grenze, wie gegeben durch: $I_{C E L L - M A X} = \frac{V_{C E L L - E F F} - V_{C E L L - M L N}}{R_{0}}$
Dementsprechend kann, unter Voraussetzung von nur durch die Batterie gesetzten Begrenzungen, der maximale Batteriestrom I_CELL-MAX eine Funktion der Spannung V_CELL-EFF sein und kann grafisch dargestellt werden, wie es durch Linie CON1, die in 6 gezeigt ist, dargestellt ist.
Zum Durchsetzen einer derartigen Begrenzung können die Steuerschaltungen 30 ein aktives Schutzschema implementieren, um zu gewährleisten, dass die Entladungsschlussspannung V_CELL-MIN nicht übertreten wird, trotz transienter Lasten auf dem Leistungswandler 20, um Schaden an der Batterie 12 zu vermeiden. Beispielsweise können die Steuerschaltungen 30 zum Überwachen der Batteriespannung V_CELL an Anschlüssen der Batterie 12 und Variieren des maximalen Batteriestroms I_CELL-MAX, der durch den Leistungswandler 20 aufgenommen wird, konfiguriert sein, wie durch die Beschränkung CON1 in 6 gezeigt, um zu gewährleisten, dass die Batterie 12 nicht überentladen wird und aus ihrem sicheren Betriebsbereich heraus gedrängt wird, um die Nutzungsdauer der Batterie 12 zu verlängern. Erschwerend für eine derartige Steuerung des maximalen Batteriestroms ICELL-MAX ist jedoch, dass die transiente Reaktion der Batterie 12 eine Funktion von mehreren Zeitkonstanten (z.B. τ₁, τ₂, ..., τ_N) sein kann, wie oben beschrieben, und es kann undurchführbar oder unwirtschaftlich sein, derartige Zeitkonstanten für eine gegebene Batterie zu messen und den maximalen Batteriestrom I_CELL-MAX auf vorwärtsgekoppelte Art und Weise zu variieren. Daher können die Steuerschaltungen 30, wie unten weiter beschrieben, einen negativen Rückkoppelregelkreis um den Leistungswandler 20 implementieren, der die Batteriespannung V_CELL überwachen und den maximalen Batteriestrom I_CELL-MAX variieren kann, um die Batteriespannung V_CELL auf einem erwünschten Zielwert zu halten.
Neben dem Begrenzen des Stroms zum Sorgen für Schutz der Batterie 12, wie oben beschrieben, kann es außerdem erwünscht sein, den Strom zu begrenzen, um Stabilität für den Leistungswandler 20 vorzusehen, um über einen maximalen Leistungspunkt hinaus in einen Instabilitätsbereich des Leistungswandlers 20 zu arbeiten, wie unten detaillierter beschrieben. Zur Veranschaulichung wird auf 7 Bezug genommen, die ein detailliertes Blockdiagramm von ausgewählten Impedanzen innerhalb des Leistungszufuhrnetzwerks 10, das in 1 gezeigt ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 7 gezeigt, kann das Leistungszufuhrnetzwerk 10 mit der Batterie 12, wie in 5 gezeigt, in Reihe mit einem Leitungswiderstand 52, einem Strommesswiderstand 54, einem Scheinwiderstand 56 zum Modellieren von äquivalenten Verlusten im Leistungswandler 20 und einer Last 58, die das Aggregat der nachgeschalteten Geräte 18 darstellt, modelliert sein. Der Leitungswiderstand 52 kann einen Widerstand R_TRACE aufweisen, der einen elektrischen Leitungswiderstand zwischen der Batterie 12 und dem Leistungswandler 20 darstellt (beispielsweise ein Verbinder, eine Leiterplattenbahn usw.). Der Messwiderstand 54 kann einen Widerstand R_SNs aufweisen und zum Erfassen des Batteriestroms I_CELL basierend auf einem Spannungsabfall über den Messsensor 54 und Widerstand R_SNS hinweg gemäß dem Ohm'schen Gesetz benutzt werden, nach dem Nachweisen von Leistungsverlusten, die in diesen verschiedenen Impedanzen auftreten, kann der Leistungswandler 20 Ausgangsleistung P_OUT zur Last 58 zuführen, gegeben als: $P_{O U T} = I_{C E L L} V_{C E L L - E F F} - I_{C E L L}^{2} R_{T O T}$
wobei $R_{T O T} = R_{0} + R_{T R A C E} + R_{S N S} + R_{L O S S}$
Für einen gegebenen Gesamtwiderstand R_TOT und eine gegebene Spannung V_CELL-EFF kann eine maximale Leistung P_MAX für die Ausgangsleistung P_OUT des Leistungszufuhrnetzwerks 10 als eine Funktion des Batteriestroms I_CELL vorliegen, die bei einem Strom I_PMAX auftritt, wie in 8 gezeigt, wobei der Strom I_PMAX gegeben sein kann durch: $I_{P M A X} = \frac{V_{C E L L - E F F}}{2 R_{T O T}}$
Es ist daher aus 8 ersichtlich, dass das Leistungszufuhrsystem 10 mit optimaler Leistungseffizienz und Stabilität arbeitet, wenn I_CELL < I_PMAX ist, und in einem Instabilitätsbereich (negative Steigung der Ausgangsleistung P_OUT gegenüber dem Batteriestrom I_CELL) arbeitet, wenn I_CELL > I_PMAX ist. Dieser maximal zulässige Strom I_PMAX kann, wie in 9 gezeigt, als Beschränkung CON2 grafisch dargestellt werden, die die Beschränkung CON1 für den maximalen Batteriestrom I_CELL-MAX überlagert, welche in 6 dargestellt ist. Da der Gesamtwiderstand R_TOT größer als der äquivalente Reihenwiderstand R₀ ist, kann es offensichtlich sein, dass die Neigung der Beschränkung CON1 steiler als die Neigung der Beschränkung CON2 ist. Bei Extrapolation kann die Linie der Beschränkung CON2 die Horizontalachse der Spannung V_CELL-EFF bei 0 V schneiden, was in 9 nicht gezeigt ist, da es zahlreichen Batterien (beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien) nicht ermöglicht wird, auf eine derartige Größenordnung abzufallen.
Für hocheffiziente Leistungswandler kann der Scheinwiderstand 56 im Vergleich zum äquivalenten Reihenwiderstand 36, Leitungswiderstand 52 und Messwiderstand 54 zu vernachlässigen sein, sodass der Gesamtwiderstand folgendermaßen umgeschrieben werden kann: $R_{T O T} \approx R_{0} + R_{T R A C E} + R_{S N S}$
Wenn die Batterie 12 im Gebrauch entladen wird, kann der äquivalente Reihenwiderstand 36 zunehmen und die Spannung V_CELL-EFF dementsprechend abnehmen. Daher kann der maximal zulässige Strom I_PMAX, der der maximalen Leistung P_MAX entspricht, eine Funktion der Spannung V_CELL-EFF und von Impedanzen des Leistungszufuhrnetzwerks 10 sein.
Neben dem Begrenzen des Stroms zum Sorgen für Schutz der Batterie 12, wie oben beschrieben, und neben dem Begrenzen des Stroms zum Vorsehen von Stabilität für den Leistungswandler 20, wie oben beschrieben, kann es außerdem oder alternativ erwünscht sein, den Strom basierend auf Berücksichtigungen von praktischen Implementierungen zu begrenzen, wie unten detaillierter beschrieben.
Als Beispiel kann, über eine bestimmte Spannung VCELL-EFF hinaus, der maximale Batteriestrom ICELL, und daher die maximale Leistungszufuhrkapazität PMAX, des Leistungswandlers 20 so groß werden, dass die Gestaltung des Leistungswandlers 20 zunehmend schwierig oder sogar undurchführbar wird. Praktische Begrenzungen, wie etwa beispielsweise Induktorsättigungsstrom und erforderliche dynamische Reichweite von Stromerkennungsschaltungen im Leistungswandler 20, können bestimmen, dass der Ausgangsleistung P_OUT eine obere Leistungsgrenze P_LIM gesetzt wird. Überlegungen hinsichtlich Wärme könnten außerdem berücksichtigt werden müssen und können ein Erfordernis, die maximale Leistungszufuhr aus dem Leistungswandler 20 zu begrenzen, vorantreiben.
Unter der Voraussetzung, dass die Ausgangsleistung P_OUT auf die Leistungsgrenze P_LIM begrenzt ist, kann eine Leistungsbilanzgleichung für das Leistungszufuhrsystem 10 folgendermaßen geschrieben werden: $I_{C E L L}^{2} R_{T O T} - I_{C E L L} V_{C E L L - E F F} + P_{L I M} = 0$
was folgendermaßen umgeschrieben werden kann: $I_{C E L L - L I M} = I_{P M A X} - \sqrt{\frac{P_{M A X} - P_{L I M}}{R_{T O T}}}$
Dieser maximal zulässige Strom I_CELL-LIM kann, wie in 10 gezeigt, als Beschränkung CON3A grafisch dargestellt sein, die die Beschränkungen CON1 und CON2, in 9 dargestellt, überlagert. Eine Trennung zwischen zwei strombegrenzten Bereichen für P_MAX und P_LIM ist in 10 grafisch als an einem Unterbrechungspunkt zwischen den Kurven auftretend gezeigt, die die Beschränkungen CON2 und CON3A darstellen. Im Bereich, der durch die Stromgrenze P_LIM begrenzt ist, kann ein Maximum für den Batteriestrom I_CELL durch den niedrigeren der zwei Werte für maximal zulässigen Strom eingestellt werden. Wie in 10 gezeigt, kann entlang der Kurve für die Beschränkung CON3A der maximale Strom für den Batteriestrom I_CELL zunehmen, wenn die Spannung V_CELL-EFF abnimmt.
Neben dem Begrenzen des Stroms zum Sorgen für Schutz der Batterie 12, wie oben beschrieben, dem Begrenzen des Stroms zum Vorsehen von Stabilität für den Leistungswandler 20, wie oben beschrieben, und dem Begrenzen des Stroms für Leistungsbegrenzungsüberlegungen, kann es außerdem oder alternativ erwünscht sein, eine festgelegte Stromgrenze I_FIXED basierend auf Berücksichtigungen von praktischen Implementierungen zu begrenzen, wie unten detaillierter beschrieben. Dieser maximal zulässige Strom I_FIXED kann, wie in 11 gezeigt, als Beschränkung CON3B grafisch dargestellt werden, die die Beschränkungen CON1, CON2 und CON3A, in 10 dargestellt, überlagert. Daher kann der maximale Strom für den Batteriestrom I_CELL durch den niedrigsten der vier Werte für maximal zulässigen Strom eingestellt werden.
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.

Claims

Leistungszufuhrsystem, umfassend: einen Leistungswandler, der zum elektrischen Koppeln an eine Leistungsquelle konfiguriert ist und ferner zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer oder mehr Lasten, die elektrisch an einen Ausgang des Leistungswandlers gekoppelt sind, konfiguriert ist; und Steuerschaltungen, konfiguriert zum: Auswählen eines Beschränkungsfaktors aus mehreren verschiedenen Beschränkungsfaktoren basierend auf zumindest einem einer Eingangsspannung zum Leistungswandler und eines Leistungspegels, der für den Leistungswandler verfügbar ist; und Steuern des Leistungswandlers gemäß dem Beschränkungsfaktor.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 1, wobei: die Leistungsquelle eine Batterie ist und die Steuerschaltungen zum Auswählen des Beschränkungsfaktors basierend auf einem Spannungspegel, der aus der Batterie verfügbar ist, konfiguriert sind.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltungen den Spannungspegel, der aus der Batterie verfügbar ist, als eine zeitvariierende Spannungsquelle in Reihe mit einem äquivalenten Widerstand modellieren.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 2, wobei: mehrere Beschränkungsbereiche für verschiedene Bereiche des Spannungspegels, der aus der Batterie verfügbar ist, definiert sind; und die Steuerschaltungen zum Auswählen des Beschränkungsfaktors basierend auf einem Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche, die dem Spannungspegel entsprechen, welcher aus der Batterieverfügbar ist, konfiguriert sind.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 4, wobei ein erster Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem ersten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch die Batterie auferlegten Begrenzung eines Maximalstroms entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 5, wobei der erste Beschränkungsbereich bei einer kritischen Entladungsschlussspannung für die Batterie beginnt.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 5, wobei der erste Beschränkungsfaktor eine Maximalstromgrenze für den Leistungswandler einstellt, die definiert ist durch $I_{C E L L - M A X} = \frac{V_{C E L L - E F F} - V_{C E L L - M I N}}{R_{0}}$
wobei V_CELL-EFF eine effektive Batteriespannung zu einem gegebenen Zeitpunkt ist, V_CELL-MIN die kritische Entladungsschlussspannung für die Batterie ist und R₀ ein äquivalenter Reihenwiderstand der Batterie ist.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 4, wobei ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 8, wobei der zweite Beschränkungsfaktor eine Maximalstromgrenze für den Leistungswandler einstellt, die definiert ist durch: $I_{P M A X} = \frac{V_{C E L L - E F F}}{2 (R_{0} + R_{T R A C E} + R_{S N S} + R_{L O S S})}$
wobei R₀ ein äquivalenter Reihenwiderstand der Batterie ist, R_TRACE ein Widerstand einer Leitung und/oder Verbinderwiderstand zwischen der Leistungsquelle und dem Leistungswandler ist, R_SNS ein Widerstand eines Strommesswiderstands ist und R_LOSS ein Widerstand ist, der Verluste des Leistungswandlers modelliert.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 8, wobei: ein erster Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem ersten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch eine Batterie auferlegte Begrenzung eines Maximalstroms entspricht; und der zweite Beschränkungsfaktor an einem Schnittpunkt des ersten Beschränkungsfaktors und des zweiten Beschränkungsfaktors beginnt.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 4, wobei ein dritter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem dritten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer auf Ausgangsleistung basierten Begrenzung des Maximalstroms entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 11, wobei der dritte Beschränkungsfaktor eine Maximalstromgrenze für den Leistungswandler einstellt, die definiert ist durch: $I_{C E L L - L I M} = I_{P M A X} - \sqrt{\frac{P_{M A X} - P_{L I M}}{R_{0} + R_{T R A C E} + R_{S N S} + R_{L O S S}}}$
wobei I_PMAX eine Maximalstromgrenze ist, wie sie für einen zweiten Beschränkungsfaktor definiert ist, P_MAX eine maximale Leistungszufuhrkapazität des Leistungswandlers ist, P_LIM eine Ausgangsleistungsgrenze ist, die für den Leistungswandler definiert ist, R₀ ein äquivalenter Reihenwiderstand der Batterie ist, R_TRACE ein Widerstand einer Leitung und/oder Verbinderwiderstand zwischen der Leistungsquelle und dem Leistungswandler ist, R_SNS ein Widerstand eines Strommesswiderstands ist und R_LOSS ein Widerstand ist, der Verluste des Leistungswandlers modelliert.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 12, wobei ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit dem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 11, wobei: ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit dem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; und der dritte Beschränkungsbereich an einem Unterbrechungspunkt zwischen dem zweiten Beschränkungsfaktor und dem dritten Beschränkungsfaktor beginnt.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 4, wobei ein vierter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem vierten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer festgelegten Stromgrenze entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 4, wobei: ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; ein dritter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem dritten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer auf Ausgangsleistung basierten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; und sich der vierte Beschränkungsbereich zwischen dem zweiten Beschränkungsbereich und dem dritten Beschränkungsbereich befindet.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 4, wobei die mehreren Beschränkungsbereiche enthalten: einen ersten Beschränkungsbereich, der mit einem ersten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer durch eine Batterie auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; einen zweiten Beschränkungsbereich, der mit einem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; einen dritten Beschränkungsbereich, der mit einem dritten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer auf Ausgangsleistung basierten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; und einen vierten Beschränkungsbereich, der mit einem vierten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer festgelegten Stromgrenze entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 1, wobei der Beschränkungsfaktor eine Stromgrenze definiert, die aus der Leistungsquelle aufgenommen werden soll.
Leistungswandler, konfiguriert zum: Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und Erzeugen einer Ausgangsspannung; und Arbeiten in mehreren Betriebsbereichen, wobei ein maximaler Strom, der durch den Leistungswandler in jedem Betriebsbereich der mehreren Betriebsbereiche aufgenommen wird, durch einen Beschränkungsfaktor definiert ist, der einem derartigen Betriebsbereich entspricht.
Leistungszufuhrsystem, umfassend: einen Leistungswandler, der zum Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und zum Erzeugen einer Ausgangsspannung konfiguriert ist; und Steuerschaltungen, konfiguriert zum: Berechnen von mehreren Stromgrenzwerten, wobei jeder Stromgrenzwert der mehreren Stromgrenzwerte einem Beschränkungsfaktor entspricht; und Steuern des Leistungswandlers basierend auf einem Stromgrenzwert, der als ein niedrigster der mehreren Stromgrenzwerte ausgewählt wird.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 20, wobei die Beschränkungsfaktoren eines oder mehr von Folgendem umfassen: eine durch eine Leistungsquelle auferlegte Begrenzung des Maximalstroms; eine durch eine maximal stabile Leistung auferlegte Grenze des Maximalstroms; eine durch eine praktische Leistungsgrenze auferlegte Begrenzung des Maximalstroms; und eine durch eine praktische Stromgrenze auferlegte Begrenzung des Maximalstroms.
Verfahren, umfassend, in einem Leistungswandler, der zum elektrischen Koppeln an eine Leistungsquelle konfiguriert ist und ferner zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer oder mehr Lasten, die elektrisch an einen Ausgang des Leistungswandlers gekoppelt sind, konfiguriert ist: Auswählen eines Beschränkungsfaktors aus mehreren verschiedenen Beschränkungsfaktoren basierend auf zumindest einem einer Eingangsspannung zum Leistungswandler und eines Leistungspegels, der für den Leistungswandler verfügbar ist; und Steuern des Leistungswandlers gemäß dem Beschränkungsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei: die Leistungsquelle eine Batterie ist und die Steuerschaltungen zum Auswählen des Beschränkungsfaktors basierend auf einem Spannungspegel, der aus der Batterie verfügbar ist, konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Steuerschaltungen den Spannungspegel, der aus der Batterie verfügbar ist, als eine zeitvariierende Spannungsquelle in Reihe mit einem äquivalenten Widerstand modellieren.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei: mehrere Beschränkungsbereiche für verschiedene Bereiche des Spannungspegels, der aus der Batterie verfügbar ist, definiert sind; und die Steuerschaltungen zum Auswählen des Beschränkungsfaktors basierend auf einem Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche, die dem Spannungspegel entsprechen, welcher aus der Batterieverfügbar ist, konfiguriert sind.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei ein erster Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem ersten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch die Batterie auferlegten Begrenzung eines Maximalstroms entspricht.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der erste Beschränkungsbereich bei einer kritischen Entladungsschlussspannung für die Batterie beginnt.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der erste Beschränkungsfaktor eine Maximalstromgrenze für den Leistungswandler einstellt, die definiert ist durch $I_{C E L L - M A X} = \frac{V_{C E L L - E F F} - V_{C E L L - M I N}}{R_{0}}$
wobei V_CELL-EFF eine effektive Batteriespannung zu einem gegebenen Zeitpunkt ist, V_CELL- _MIN die kritische Entladungsschlussspannung für die Batterie ist und R₀ ein äquivalenter Reihenwiderstand der Batterie ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der zweite Beschränkungsfaktor eine Maximalstromgrenze für den Leistungswandler einstellt, die definiert ist durch: $I_{P M A X} = \frac{V_{C E L L - E F F}}{2 (R_{0} + R_{T R A C E} + R_{S N S} + R_{L O S S})}$
wobei R₀ ein äquivalenter Reihenwiderstand der Batterie ist, R_TRACE ein Widerstand einer Leitung und/oder Verbinderwiderstand zwischen der Leistungsquelle und dem Leistungswandler ist, R_SNS ein Widerstand eines Strommesswiderstands ist und R_LOSS ein Widerstand ist, der Verluste des Leistungswandlers modelliert.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei: ein erster Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem ersten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch eine Batterie auferlegte Begrenzung eines Maximalstroms entspricht; und der zweite Beschränkungsfaktor an einem Schnittpunkt des ersten Beschränkungsfaktors und des zweiten Beschränkungsfaktors beginnt.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei ein dritter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem dritten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer auf Ausgangsleistung basierten Begrenzung des Maximalstroms entspricht.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei der dritte Beschränkungsfaktor eine Maximalstromgrenze für den Leistungswandler einstellt, die definiert ist durch: $I_{C E L L - L I M} = I_{M A X} - \sqrt{\frac{P_{M A X} - P_{L I M}}{R_{0} + R_{T R A C E} + R_{S N S} + R_{L O S S}}}$
wobei I_PMAX eine Maximalstromgrenze ist, wie sie für einen zweiten Beschränkungsfaktor definiert ist, P_MAX eine maximale Leistungszufuhrkapazität des Leistungswandlers ist, P_LIM eine Ausgangsleistungsgrenze ist, die für den Leistungswandler definiert ist, R₀ ein äquivalenter Reihenwiderstand der Batterie ist, R_TRACE ein Widerstand einer Leitung und/oder Verbinderwiderstand zwischen der Leistungsquelle und dem Leistungswandler ist, R_SNS ein Widerstand eines Strommesswiderstands ist und R_LOSS ein Widerstand ist, der Verluste des Leistungswandlers modelliert.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit dem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 32, wobei: ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit dem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; und der dritte Beschränkungsbereich an einem Unterbrechungspunkt zwischen dem zweiten Beschränkungsfaktor und dem dritten Beschränkungsfaktor beginnt.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei ein vierter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem vierten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer festgelegten Stromgrenze entspricht.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei: ein zweiter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; ein dritter Beschränkungsbereich der mehreren Beschränkungsbereiche mit einem dritten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, der einer auf Ausgangsleistung basierten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; und sich der vierte Beschränkungsbereich zwischen dem zweiten Beschränkungsbereich und dem dritten Beschränkungsbereich befindet.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die mehreren Beschränkungsbereiche enthalten: einen ersten Beschränkungsbereich, der mit einem ersten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer durch eine Batterie auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; einen zweiten Beschränkungsbereich, der mit einem zweiten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer durch Leistungswandlerstabilität auferlegten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; einen dritten Beschränkungsbereich, der mit einem dritten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer auf Ausgangsleistung basierten Begrenzung des Maximalstroms entspricht; und einen vierten Beschränkungsbereich, der mit einem vierten Beschränkungsfaktor assoziiert ist, welcher einer festgelegten Stromgrenze entspricht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Beschränkungsfaktor eine Stromgrenze definiert, die aus der Leistungsquelle aufgenommen werden soll.
Verfahren, umfassend: Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und Erzeugen einer Ausgangsspannung; und Arbeiten in mehreren Betriebsbereichen, wobei ein maximaler Strom, der durch den Leistungswandler in jedem Betriebsbereich der mehreren Betriebsbereiche aufgenommen wird, durch einen Beschränkungsfaktor definiert ist, der einem derartigen Betriebsbereich entspricht.
Verfahren, in einem System, das einen Leistungswandler aufweist, der zum Aufnehmen einer Eingangsspannung aus einer Spannungsquelle und zum Erzeugen einer Ausgangsspannung konfiguriert ist, das Verfahren umfassend: Berechnen von mehreren Stromgrenzwerten, wobei jeder Stromgrenzwert der mehreren Stromgrenzwerte einem Beschränkungsfaktor entspricht; und Steuern des Leistungswandlers basierend auf einem Stromgrenzwert, der als ein niedrigster der mehreren Stromgrenzwerte ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Beschränkungsfaktoren eines oder mehr von Folgendem umfassen: eine durch eine Leistungsquelle auferlegte Begrenzung des Maximalstroms; eine durch eine maximal stabile Leistung auferlegte Grenze des Maximalstroms; eine durch eine praktische Leistungsgrenze auferlegte Begrenzung des Maximalstroms; und eine durch eine praktische Stromgrenze auferlegte Begrenzung des Maximalstroms.
Gerät, umfassend: eine oder mehr Komponenten; einen Leistungswandler, der zum Zuführen von elektrischer Energie zu der einen oder mehr Komponenten konfiguriert ist; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines Stroms, der mit dem Leistungswandler assoziiert ist, wobei die Steuerschaltung umfasst: schwellenbasierte Steuerschaltungen, die zum Steuern des Stroms basierend auf zumindest einem Spitzenstromschwellenpegel für den Strom und einem Talstromschwellenpegel für den Strom konfiguriert sind; und timerbasierte Steuerschaltungen umfasst, die zum Steuern des Stroms basierend auf einer Zeitdauer, die der Leistungswandler in einem Schaltzustand des Leistungswandlers verbringt, konfiguriert sind.