DE112022002598T5

DE112022002598T5 - Signalerzeugungsschaltung, schalteinrichtung und schaltnetzteil

Info

Publication number: DE112022002598T5
Application number: DE112022002598.0T
Authority: DE
Inventors: Daichi Yuruki; Kazuhiro Murakami
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2024-03-07
Also published as: CN117642974A; JPWO2023286459A1; US20240162817A1; WO2023286459A1

Abstract

Eine Signalerzeugungsschaltung umfasst: eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Bezugsspannung zu erzeugen; eine Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Rampenspannung zu erzeugen, die innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs variiert; und eine Vergleichsschaltung, die eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Bezugsspannung und der Rampenspannung anzeigt. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung gibt der Bezugsspannung die Wellenform einer Dreieckswelle und variiert die Frequenz der Dreieckswelle.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Signalerzeugungsschaltungen, Schalteinrichtungen und Schaltnetzteile.
STAND DER TECHNIK
Die Erhöhung der Frequenz eines in einer Schaltung verwendeten Signals führt häufig zu erhöhtem Rauschen. In einem Schaltnetzteil kann beispielsweise versucht werden, die Schaltung durch Erhöhung der Schaltfrequenz zu verkleinern, jedoch führt eine Erhöhung der Schaltfrequenz zu erhöhtem Leitungs- und Strahlungsrauschen. Ein Beispiel für ein Schaltnetzteil ist das im nachstehend genannten Patentdokument 1 beschriebene Gerät.
Die Spreizspektrumtechnologie ist als Technologie zur Unterdrückung der Auswirkungen von Rauschen bekannt. Die Spreizspektrumtechnologie ermöglicht es, Rauschen über ein breites Band zu streuen, was dazu beiträgt, die praktischen Auswirkungen des Rauschens zu unterbinden.
ZITIERLISTE
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1: JP-A-2017-060383
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Ungünstigerweise lässt die derzeitige Spreizspektrumtechnologie, die auf Signalerzeugungsschaltungen, Schalteinrichtungen und Schaltnetzteile angewendet werden kann, Raum für Verbesserungen.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Signalerzeugungsschaltung, eine Schalteinrichtung und ein Schaltnetzteil bereitzustellen, die zur Verringerung der Auswirkungen von Rauschen beitragen.
LÖSUNG DER AUFGABE
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Signalerzeugungsschaltung: eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Bezugsspannung zu erzeugen; eine Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Rampenspannung zu erzeugen, die innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs variiert; und eine Vergleichsschaltung, die eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Bezugsspannung und der Rampenspannung angibt. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung gibt der Bezugsspannung die Wellenform einer Dreieckswelle und variiert die Frequenz der Dreieckswelle.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Signalerzeugungsschaltung, eine Schalteinrichtung und ein Schaltnetzteil bereitzustellen, die dazu beitragen, die Auswirkungen von Rauschen zu verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Schalteinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Vielzahl von Spannungen und Signalen in einem ersten Muster gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Vielzahl von Spannungen und Signalen in einem zweiten Muster gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit einer Bezugsspannung gemäß dem Referenzbeispiel 1 zeigt.
5 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit der Frequenz eines Vergleichsergebnissignals gemäß dem Referenzbeispiel 1 zeigt.
6 ist eine Ansicht, die das Frequenzspektrum eines Vergleichsergebnissignals gemäß Referenzbeispiel 1 zeigt.
7 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Bezugsspannung, einer Rampenspannung und einer Vielzahl von Signalen zeigt, wobei die Bezugsspannung gerade ansteigt.
8 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Bezugsspannung, einer Rampenspannung und einer Vielzahl von Signalen zeigt, wobei die Bezugsspannung im Begriff ist, abzunehmen.
9 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit einer Bezugsspannung gemäß dem Referenzbeispiel 2 zeigt.
10 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit der Frequenz eines Vergleichsergebnissignals gemäß dem Referenzbeispiel 2 zeigt.
11 ist eine Ansicht, die das Frequenzspektrum eines Vergleichsergebnissignals gemäß dem Referenzbeispiel 2 zeigt.
12 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit einer Bezugsspannung gemäß dem Referenzbeispiel 3 zeigt.
13 ist eine Ansicht, die die Wellenform einer Bezugsspannung gemäß dem Praxisbeispiel EX1_A zeigt, das zu einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
14 ist eine Ansicht, die zeigt, wie die Periode einer Dreieckswelle in einer Bezugsspannung zyklisch gemäß dem Praxisbeispiel EX1_A, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört, variiert.
15 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit einer Bezugsspannung gemäß dem Praxisbeispiel EX1_A zeigt, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
16 ist eine Ansicht, die die Zeitabhängigkeit der Frequenz eines Vergleichsergebnissignals gemäß dem Praxisbeispiel EX1_A zeigt, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
17 ist eine Ansicht, die das Frequenzspektrum eines Vergleichsergebnissignals gemäß dem Praxisbeispiel EX1_A zeigt, das zu der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die interne Konfiguration einer Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung gemäß dem Praxisbeispiel EX1_B zeigt, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
19 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die Wellenform des Ausgangssignals der Rechteckwellen-Speiseschaltung in 18 gemäß dem Praxisbeispiel EX1_B zeigt, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
20 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die Beziehung des Ausgangssignals der Rechteckwellen-Speiseschaltung in 18 mit einer Bezugsspannung gemäß dem Praxisbeispiel EX1_B zeigt, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
21 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die interne Konfiguration der Rechteckwellen-Speiseschaltung in 18 zeigt.
22 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die interne Konfiguration einer Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung gemäß dem Praxisbeispiel EX1_C zeigt, das zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
23 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Schaltnetzteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
24 ist eine perspektivische Außenansicht einer Schalteinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispiele für die Umsetzung der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher beschrieben. In den Zeichnungsfiguren, auf die im Verlauf Bezug genommen wird, sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, und im Prinzip wird keine sich überschneidende Beschreibung gleicher Teile wiederholt. In der vorliegenden Beschreibung werden der Einfachheit halber gelegentlich Symbole und Bezugszeichen verwendet, die sich auf Informationen, Signale, physikalische Größen, Elemente, Teile und dergleichen beziehen, wobei die Namen der Informationen, Signale, physikalischen Größen, Elemente, Teile und dergleichen, die diesen Symbolen und Bezugszeichen entsprechen, weggelassen oder abgekürzt werden. So wird z. B. der später beschriebene und mit dem Bezugszeichen „50“ gekennzeichnete Schalttransistor (siehe 1) manchmal als „Schalttransistor 50“ und manchmal abgekürzt als „Transistor 50“ bezeichnet, wobei sich beide Bezeichnungen auf die gleiche Einheit beziehen.
Zunächst werden einige der Begriffe definiert, die zur Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. „Masse“ („Erde“) bezeichnet einen Bezugsleiter auf einem Bezugspotential von 0 V (Null Volt) oder auf einem Potential von 0 V selbst. Ein Bezugsleiter besteht aus einem elektrisch leitenden Material wie Metall. Ein Potential von 0 V wird gelegentlich auch als Massepotential bezeichnet. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist jede Spannung, die ohne besondere Bezugnahme erwähnt wird, ein Potenzial relativ zur Masse.
„Pegel" bezeichnet den Pegel eines Potenzials, und für ein beliebiges Signal oder eine beliebige Spannung ist „hoher Pegel“ ein höheres Potenzial als „niedriger Pegel“. Jedes digitale Signal nimmt einen „hohen Pegel“ oder einen „niedrigen Pegel“ als seinen Signalpegel an. Für ein beliebiges Signal oder eine beliebige Spannung von Interesse bedeutet „High-Pegel“, dass sein Pegel gleich einem „hohen Pegel“ ist, und „Low-Pegel“ bedeutet, dass sein Pegel gleich einem „niedrigen Pegel“ ist. Ein Pegel in Bezug auf ein Signal wird gelegentlich als Signalpegel bezeichnet, und ein Pegel in Bezug auf eine Spannung wird gelegentlich als Spannungspegel bezeichnet. Für jedes Signal oder jede Spannung wird ein Übergang von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel als steigende Flanke bezeichnet, und der Zeitpunkt des Übergangs von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel wird als Zeitsteuerung für die steigende Flanke (oder Zeitsteuerung für die steigende Flanke) bezeichnet. Ebenso wird für ein beliebiges Signal oder eine beliebige Spannung ein Übergang von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel als Abwärtsflanke (oder fallende Flanke) bezeichnet, und der Zeitpunkt eines Übergangs von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel wird als Abwärtsflankenzeitpunkt (oder Fallflankenzeitunkt) bezeichnet.
Für jeden Transistor, der als FET (Feldeffekttransistor) eingerichtet ist, der auch ein MOSFET sein kann, bezieht sich „Ein-Zustand“ auf einen Zustand, in dem der Drain-Source-Kanal des Transistors leitend ist, und „Aus-Zustand“ auf einen Zustand, in dem der Drain-Source-Kanal des Transistors nicht leitend (abgeschaltet) ist. Ähnliche Definitionen gelten für alle Transistoren, die nicht als FET klassifiziert sind. Sofern nicht anders angegeben, kann jeder MOSFET als ein Anreicherungs-MOSFET verstanden werden. „MOSFET“ ist eine Abkürzung für „Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor“. In der folgenden Beschreibung wird für jeden Transistor gelegentlich einfach ausgedrückt, dass er sich im ein- oder ausgeschalteten Zustand befindet. Für jeden Transistor wird ein Übergang vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand als Einschalten und ein Übergang vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand als Ausschalten bezeichnet. Für jeden Transistor wird eine Zeitspanne (Periode), in der er sich im eingeschalteten Zustand befindet, oft als Einschaltzeitspanne und eine Zeitspanne, in der er sich im ausgeschalteten Zustand befindet, oft als Ausschaltzeitspanne bezeichnet.
Für jedes Signal, das einen hohen oder einen niedrigen Pegel hat, wird der Zeitraum, in dem das Signal einen hohen Pegel hat, als Hochpegelzeitspanne und der Zeitraum, in dem das Signal einen niedrigen Pegel hat, als Niedrigpegelzeitspanne bezeichnet. Das Gleiche gilt für jede Spannung, die einen hohen oder niedrigen Pegel hat.
Soweit nicht anders angegeben, ist unter dem Begriff „Verbindung“ zwischen einer Vielzahl von Teilen, die eine Schaltung bilden, wie z. B. zwischen bestimmten Schaltungselementen, Verdrahtungen (Leitungen), Knoten und dergleichen, eine „elektrische Verbindung“ zu verstehen.
<< Erste Ausführungsform >>
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Schalteinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Schalteinrichtung 1 umfasst eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10, eine Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20, eine Vergleichsschaltung 30, eine Schaltsteuerungsschaltung 40 und einen Schalttransistor 50. Die Schalteinrichtung 1 umfasst eine Signalerzeugungsschaltung 2, die als Spreizspektrum-Signalerzeugungsschaltung bezeichnet werden kann. Die Signalerzeugungsschaltung 2 besteht aus der Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10, der Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 und der Vergleichsschaltung 30.
Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 erzeugt und gibt eine Bezugsspannung V_REF aus. Die Bezugsspannung V_REF hat die Wellenform einer Dreieckswelle, auf die später eingegangen wird. Die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 erzeugt und gibt eine Rampenspannung V_RAMP aus, die innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs variiert. Die Bezugsspannung V_REF und die Rampenspannung V_RAMP werden der Vergleichsschaltung 30 zugeführt. Die Vergleichsschaltung 30 vergleicht die Bezugsspannung V_REF und die Rampenspannung V_RAMP, um als Vergleichsergebnissignal ein Signal S1 zu erzeugen und auszugeben, das das Größenverhältnis zwischen der Bezugsspannung V_REF und der Rampenspannung V_RAMP angibt. Das Signal S1 wird der Schaltsteuerschaltung 40 zugeführt. Basierend auf dem Signal S1 schaltet die Schaltsteuerschaltung 40 den Schalttransistor 50. Beim Schalten des Schalttransistors 50 wechselt dessen Zustand zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand. Das Signal S1 wird auch der Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 zugeführt.
In 1 ist der Schalttransistor 50 als n-Kanal-MOSFET dargestellt. Der Schalttransistor 50 kann aber auch ein Transistor eines beliebigen Typs sein. Insbesondere kann der Schalttransistor 50 entweder ein N-Kanal-MOSFET oder ein P-Kanal-MOSFET sein. Der Schalttransistor 50 kann ein Bipolartransistor, ein Sperrschicht-FET oder ein IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) sein. Bei der folgenden Beschreibung dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Schalttransistor 50 ein n-Kanal-MOSFET ist. Der Schaltsteuerkreis 40 kann den Schalttransistor 50 durch Steuerung des Gate-Potenzials des Schalttransistors 50 (mit anderen Worten: durch Steuern der Gate-Source-Spannung des Schalttransistors 50) ein- oder ausschalten.
Das Signal S1 ist ein Binärsignal (digitales Signal), das entweder den Wert „0“ oder den Wert „1“ annimmt. Es wird hier davon ausgegangen, dass das Signal S1 eine positive Logik hat. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass das Signal S1 als Signalpegel entweder einen hohen Pegel oder einen niedrigen Pegel annimmt, wobei ein Low-Pegel-Signal S1 den Wert „0“ und ein High-Pegel-Signal S1 den Wert „1“ angibt. Eine Änderung ist jedoch möglich, wenn das Signal S1 eine negative Logik hat.
Die Schaltvorrichtung 1 kann mit einem ersten Muster oder einem zweiten Muster arbeiten, wie im Folgenden beschrieben.
[Erstes Muster]
2 zeigt die Beziehung zwischen der Bezugsspannung V_REF, der Rampenspannung V_RAMP und dem Signal S1 im ersten Muster. 2 zeigt auch ein Signal S2, das später beschrieben wird. Obwohl, wie oben erwähnt, die Bezugsspannung V_REF die Wellenform einer Dreieckswelle hat, ist die Frequenz der Bezugsspannung V_REF (d. h. die Frequenz der Dreieckswelle in der Bezugsspannung V_REF) viel niedriger als die Frequenz der Rampenspannung V_RAMP , so dass in 2 die entsprechenden Spannungsverläufe so dargestellt sind, als ob die Bezugsspannung V_REF einen konstanten Wert hätte (dasselbe gilt auch für 3, auf die später noch eingegangen wird).
Bei dem ersten Muster hält die Vergleichsschaltung 30 das Signal S1 auf einem niedrigen Pegel (d.h. gibt dem Signal S1 den Wert „0“), wenn die Rampenspannung V_RAMP niedriger als die Bezugsspannung V_REF ist, und hält das Signal S1 auf einem hohen Pegel (d.h. gibt dem Signal S1 den Wert „1“), wenn die Rampenspannung V_RAMP höher als die Bezugsspannung V_REF ist. Dementsprechend erzeugt die Vergleichsschaltung 30 bei dem ersten Muster eine Aufwärtsflanke in dem Signal S1 (d.h., ändert den Wert des Signals S1 von „0“ auf „1“), wenn die Rampenspannung V_RAMP von einem Zustand, der niedriger als die Bezugsspannung V_REF ist (d.h. ein Zustand, in dem V_RAMP < V_REF), in einen Zustand übergeht, in dem die Rampenspannung V_RAMP höher als die Bezugsspannung V_REF ist (d.h. ein Zustand, in dem V_RAMP > V_REF) . Sind die Bezugsspannung V_REF und die Rampenspannung V_RAMP gerade gleich, so befindet sich das Signal S1 auf einem niedrigen oder hohen Pegel.
Mit dem ersten Muster führt die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 wiederholt einen ersten Rampeneinheitsbetrieb wie unten beschrieben durch, um die in 2 gezeigte Rampenspannung V_RAMP zu erzeugen. In dem ersten Rampeneinheitsbetrieb, beginnend in einem Zustand, in dem die Rampenspannung V_RAMP gleich einer vorbestimmten unteren Grenzspannung V_{L_RAMP} gemacht wird, erhöht die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 die Rampenspannung V_RAMP linear und monoton von der unteren Grenzspannung V_{L_RAMP} mit einem vorbestimmten Anstiegsgradienten U_{_RAMP} ; tritt eine Aufwärtsflanke im Signal S1 auf (wenn der Wert des Signals S1 von „0“ auf „1“ wechselt), so kehrt die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 zum Zeitpunkt der Aufwärtsflanke des Signals S1 die Änderungsrichtung der Rampenspannung V_RAMP von einer ansteigenden Richtung in eine abfallende Richtung um; danach senkt die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 die Rampenspannung V_RAMP linear und monoton in Richtung der unteren Grenzspannung V_{L_RAMP} mit einem vorbestimmten Abfallgradienten D_{_RAMP} . Wenn im i-ten Zyklus des ersten Rampenbetriebs die Rampenspannung V_RAMP infolge der oben beschriebenen monotonen Abnahme auf die untere Grenzspannung V_{L_RAMP} fällt, beendet die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 den i-ten Zyklus des ersten Rampenbetriebs und beginnt anschließend den (i+1)-ten Zyklus des ersten Rampenbetriebs. Die Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_RAMP} und D_{_RAMP} sind konstant. Dabei steht das Symbol „i“ für eine beliebige natürliche Zahl. Die Beträge der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_RAMP} und D_{_RAMP} können gleich groß sein.
Da der erste Rampenbetrieb mit dem ersten Muster wiederholt wird, tritt jedes Mal, wenn die Rampenspannung V_RAMP die Bezugsspannung V_REF erreicht, eine Aufwärtsflanke im Signal S1 auf. Dem Erreichen von V_RAMP > V_REF, also dem Umschalten des Signals S1 auf High-Pegel, folgt schnell ein Übergang von dem Zustand, in dem V_RAMP > V_REF ist, zu dem Zustand, in dem V_RAMP < V_REF ist, und somit ist die High-Pegel-Zeitspanne des Signals S1 minimal kurz. Das heißt, dass eine minimal kurze Zeit nach einer Aufwärtsflanke im Signal S1 eine Abwärtsflanke im Signal S1 auftritt.
Dabei ist die untere Grenzspannung V_{L_RAMP} kleiner als die untere Grenze des Variationsbereichs der Bezugsspannung V_REF (2 zeigt nicht, wie die Bezugsspannung V_REF variiert). Somit tritt in jedem Zyklus der ersten Rampeneinheit, der wiederholt durchgeführt wird, unbedingt eine steigende Flanke im Signal S1 auf.
In der Schalteinrichtung 1 (z.B. in der Schaltsteuerschaltung 40) kann bei dem ersten Muster ein Signal S2, wie in 2 gezeigt, anhand des Signals S1 und der Rampenspannung V_RAMP erzeugt werden. Wie das Signal S1 nimmt das Signal S2 als Signalpegel einen niedrigen Pegel oder einen hohen Pegel an. Beim ersten Muster tritt synchron mit einer Aufwärtsflanke im Signal S1 eine Aufwärtsflanke im Signal S2 auf; danach tritt als Reaktion darauf, dass die Rampenspannung V_RAMP infolge der monotonen Abnahme der Rampenspannung V_RAMP auf die untere Grenzspannung V_{L_RAMP} fällt, eine Abwärtsflanke im Signal S2 auf.
[Zweites Muster]
3 zeigt die Beziehung zwischen der Bezugsspannung V_REF, der Rampenspannung V_RAMP und dem Signal S1 im zweiten Muster. 3 zeigt auch ein Signal S2, das später beschrieben wird.
Bei dem zweiten Muster hält die Vergleichsschaltung 30 das Signal S1 auf einem niedrigen Pegel (d.h. gibt dem Signal S1 den Wert „0“), wenn die Rampenspannung V_RAMP höher als die Bezugsspannung V_REF ist, und hält das Signal S1 auf einem hohen Pegel (d.h. gibt dem Signal S1 den Wert „1“), wenn die Rampenspannung V_RAMP niedriger als die Bezugsspannung V_REF ist. Dementsprechend erzeugt die Vergleichsschaltung 30 bei dem zweiten Muster eine Aufwärtsflanke in dem Signal S1 (d.h. ändert den Wert des Signals S1 von „0“ auf „1“), wenn die Rampenspannung V_RAMP von einem Zustand, der höher als die Bezugsspannung V_REF ist (d.h. ein Zustand, in dem V_RAMP > V_REF) , in einen Zustand übergeht, in dem die Rampenspannung V_RAMP niedriger als die Bezugsspannung V_REF ist (d.h. ein Zustand, in dem V_RAMP < V_REF) . Sind die Bezugsspannung V_REF und die Rampenspannung V_RAMP gerade gleich, so befindet sich das Signal S1 auf einem niedrigen oder hohen Pegel.
Mit dem zweiten Muster führt die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 wiederholt einen zweiten Rampeneinheitsbetrieb wie unten beschrieben durch, um die in 3 gezeigte Rampenspannung V_RAMP zu erzeugen. In dem zweiten Rampeneinheitsbetrieb, beginnend in einem Zustand, in dem die Rampenspannung V_RAMP gleich einer vorbestimmten oberen Grenzspannung V_{H_RAMP} gemacht wird, verringert die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 die Rampenspannung V_RAMP linear und monoton von der oberen Grenzspannung V_{H_RAMP} mit einem vorbestimmten Abfallgradienten D_{_RAMP} ; wenn eine Aufwärtsflanke in dem Signal S1 auftritt (wenn der Wert des Signals S1 von „0“ auf „1“ wechselt), kehrt die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 zum Zeitpunkt der Aufwärtsflanke des Signals S1 die Änderungsrichtung der Rampenspannung V_RAMP von einer abnehmenden Richtung in eine zunehmende Richtung um; danach erhöht die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 die Rampenspannung V_RAMP linear und monoton in Richtung der oberen Grenzspannung V_{H_RAMP} mit einem vorbestimmten Anstiegsgradienten U_{_RAMP} . Im i-ten Zyklus des zweiten Rampenbetriebs, wenn die Rampenspannung V_RAMP infolge des oben beschriebenen monotonen Anstiegs die obere Grenzspannung V_{H_RAMP} erreicht, beendet die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 den i-ten Zyklus des zweiten Rampenbetriebs und beginnt anschließend den (i+1)-ten Zyklus des zweiten Rampenbetriebs.
Da der zweite Rampenbetrieb mit dem zweiten Muster wiederholt wird, tritt jedes Mal, wenn die Rampenspannung V_RAMP auf die Bezugsspannung V_REF fällt, eine Aufwärtsflanke im Signal S1 auf. Mit Erfüllung von V_RAMP < V_REF, also dem Umschalten des Signals S1 auf High-Pegel, folgt schnell ein Übergang von dem Zustand, in dem V_RAMP < V_REF ist, zu dem Zustand, in dem V_RAMP > V_REF ist, und somit ist die High-Pegel-Zeitspanne des Signals S1 minimal kurz. Das heißt, dass eine minimal kurze Zeit nach einer Aufwärtsflanke im Signal S1 eine Abwärtsflanke im Signal S1 auftritt.
Hierbei ist die Obergrenze der Spannung V_{H_RAMP} höher als die Obergrenze des Variationsbereichs der Bezugsspannung V_REF (in 3 ist nicht dargestellt, wie die Bezugsspannung V_REF variiert). In jedem Zyklus der zweiten Rampeneinheit, der wiederholt durchgeführt wird, kommt es also zwangsläufig zu einer steigenden Flanke im Signal S1.
In der Schalteinrichtung 1 (z.B. in der Schaltsteuerschaltung 40) kann, wie in 3 gezeigt, bei dem zweiten Muster ein Signal S2 anhand des Signals S1 und der Rampenspannung V_RAMP erzeugt werden. Wie das Signal S1 nimmt das Signal S2 als Signalpegel einen niedrigen Pegel oder einen hohen Pegel an. Bei dem zweiten Muster tritt synchron mit einer Aufwärtsflanke im Signal S1 eine Aufwärtsflanke im Signal S2 auf; danach tritt als Reaktion darauf, dass die Rampenspannung V_RAMP als Ergebnis des monotonen Anstiegs der Rampenspannung V_RAMP die obere Grenzspannung V_{H_RAMP} erreicht, eine Abwärtsflanke im Signal S2 auf.
[Betrieb der Schaltsteuerschaltung]
Die Schaltsteuerschaltung 40 arbeitet auf dieselbe Weise wie die oben beschriebenen ersten und zweiten Muster: Bei einer Aufwärtsflanke des Signals S1 (mit anderen Worten, synchron mit einer Aufwärtsflanke des Signals S1) schaltet die Schaltsteuerschaltung 40 den Schalttransistor 50 ein oder aus (schaltet den Schalttransistor 50 von Aus auf Ein oder schaltet den Schalttransistor 50 von Ein auf Aus).
In dem Fall, in dem die Schaltsteuerschaltung 40 den Schalttransistor 50 als Reaktion auf eine Aufwärtsflanke in dem Signal S1 einschaltet, schaltet die Schaltsteuerschaltung 40 den Schalttransistor 50 anschließend als Reaktion auf die Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung aus. In dem Fall, in dem die Schaltsteuerschaltung 40 den Schalttransistor 50 als Reaktion auf eine Aufwärtsflanke im Signal S1 ausschaltet, schaltet die Schaltsteuerschaltung 40 danach den Schalttransistor 50 als Reaktion auf die Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung ein. Auf diese Weise führt die Schaltsteuerschaltung 40 einen Schaltvorgang durch, um den Zustand des Schalttransistors 50 als Reaktion auf eine spezielle Änderung des Signals S1 (eine Änderung des Werts des Signals S1 von „0“ auf „1“) von dem einen in den anderen der Ein- und Aus-Zustände zu ändern und danach, bei Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung, den Zustand des Schalttransistors 50 von dem anderen zurück in einen der Ein- und Aus-Zustände zu ändern. Dieser Schaltvorgang wird jedes Mal durchgeführt, wenn die oben erwähnte Änderung eintritt. Dementsprechend wird der Schaltvorgang wiederholt in Intervallen durchgeführt, die dem Kehrwert der Frequenz des Signals S1 entsprechen.
Jede beliebige Bedingung kann als die oben genannte vorbestimmte Bedingung verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Änderung des Wertes eines vorbestimmten digitalen Signals, das separat von dem Signal S1 erzeugt wird, von „0“ auf „1“ als Erfüllung der oben genannten vorbestimmten Bedingung angesehen werden. Dieses Digitalsignal wird innerhalb der Schaltsteuerschaltung 40 erzeugt oder der Schaltsteuerschaltung 40 von einer nicht dargestellten Schaltung zugeführt. Als weiteres Beispiel kann eine Abwärtsflanke des Signals S2 zur Erfüllung der oben genannten Bedingung herangezogen werden. Ein weiteres Beispiel ist der Ablauf einer vorbestimmten Zeit Δt nach einer Aufwärtsflanke des Signals S1, um die oben erwähnte vorbestimmte Bedingung zu erfüllen.
Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 erzeugt die Bezugsspannung V_REF mit einer charakteristischen Wellenform. Vor der Beschreibung der eigentlichen Wellenform der Bezugsspannung V_REF werden die Referenzbeispiele 1 bis 3 beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird die Frequenz des Signals S1 gelegentlich als Frequenz f_S1 bezeichnet. Die Frequenz f_S1 entspricht dem Kehrwert der Intervalle, in denen Aufwärtsflanken im Signal S1 auftreten.
[Referenzbeispiel 1]
Im Referenzbeispiel 1 ist die Bezugsspannung V_REF auf eine konstante Spannung festgelegt. Dementsprechend ist im Referenzbeispiel 1 auch die Frequenz f_S1 des Signals S1 konstant. In 4 stellt eine Wellenform 911 die Zeitabhängigkeit der Bezugsspannung V_REF im Referenzbeispiel 1 dar und in 5 stellt eine Wellenform 912 die Zeitabhängigkeit der Frequenz f_S1 des Signals S1 im Referenzbeispiel 1 dar. Hier ist im Referenzbeispiel 1 die Bezugsspannung V_REF auf 1,0 V (Volt) und die Frequenz f_S1 des Signals S1 auf 2,0 MHz festgelegt. Nicht nur im Referenzbeispiel 1 wird in dieser Ausführungsform davon ausgegangen, dass die Eigenschaften (Anstiegsgradient U_{_RAMP}, Abfallgradient D_{_RAMP}, untere Grenzspannung V_{L_RAMP} und obere Grenzspannung V_{H_RAMP} wie oben erwähnt) der Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung 20 so festgelegt sind, dass, wenn die Bezugsspannung V_REF auf 1,0 V festgelegt ist, die Frequenz f_S1 auf 2,0 MHz festgelegt ist.
6 zeigt das Frequenzspektrum des Signals S1 in Referenzbeispiel 1. In Referenzbeispiel 1 weist das Signal S1 bei der Frequenz von 2,0 MHz sowie bei Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache dieser Frequenz sind, hochintensive Signalkomponenten auf. Dies bedeutet, dass bei diesen Frequenzen ein hohes Leitungs- und Strahlungsrauschen erzeugt wird. Viele Geräte vertragen kein hohes Leitungs- und Strahlungsrauschen.
[Referenzbeispiel 2]
Im Referenzbeispiel 2 ist die Bezugsspannung V_REF eine Spannung mit einer dreieckigen Wellenform und einer konstanten Frequenz. Die Frequenz dieser Dreieckswelle ist deutlich niedriger als die Frequenz f_S1 des Signals S1. Dementsprechend ändert sich im Referenzbeispiel 2 die Frequenz f_S1 des Signals S1 mit der Änderung der Bezugsspannung V_REF.
7 zeigt schematisch für den Fall, dass das oben beschriebene erste Muster (siehe 2) verwendet wird, die Wellenformen der relevanten Spannungen und Signale, wie sie mit der Bezugsspannung V_REF während des Anstiegs innerhalb einer einzelnen Dreieckswelle beobachtet werden. Wenn die Bezugsspannung V_REF innerhalb einer einzelnen Dreieckswelle ansteigt, nehmen die Intervalle des Auftretens von Aufwärtsflanken im Signal S1 allmählich zu (d. h., die Frequenz f_S1 des Signals S1 nimmt allmählich zu). 8 zeigt schematisch für den Fall, dass das oben beschriebene erste Muster (siehe 2) verwendet wird, die Wellenformen der relevanten Spannungen und Signale, wie sie mit der Bezugsspannung V_REF während des Abfalls innerhalb einer einzelnen Dreieckswelle beobachtet werden. Wenn die Bezugsspannung V_REF innerhalb einer einzelnen Dreieckswelle abnimmt, verringern sich die Intervalle des Auftretens von Aufwärtsflanken im Signal S1 allmählich (d. h. die Frequenz f_S1 des Signals S1 nimmt allmählich ab). Dies führt zu verringerten Spitzenintensitäten des Signals S1 um die Frequenz des Signals S1.
In 9 stellt eine Wellenform 921 die Zeitabhängigkeit der Bezugsspannung V_REF im Referenzbeispiel 2 dar und in 10 stellt eine Wellenform 922 die Zeitabhängigkeit der Frequenz f_S1 des Signals S1 im Referenzbeispiel 2 dar. Es wird hier angenommen, dass die Bezugsspannung V_REF in Referenzbeispiel 2 eine Spannung mit einer dreieckigen Wellenform ist, die zwischen 0,8 V und 1,2 V um 1,0 V (Volt) schwankt, und dass die Frequenz der Dreieckswelle auf 100 kHz (Kilohertz) festgelegt ist. Im Referenzbeispiel 2 schwankt die Frequenz f_S1 des Signals S1 also um 2,0 MHz.
11 zeigt das Frequenzspektrum 923 des Signals S1 in Referenzbeispiel 2. Es zeigt, dass das Spektrum des Signals S1 in Referenzbeispiel 2 im Vergleich zu Referenzbeispiel 1 gespreizt ist, was zu reduzierten Spitzenintensitäten des Signals S1 in einem Hochfrequenzband führt (seine Spitzenintensitäten bei 2,0 MHz und bei Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache von 2,0 MHz sind; siehe den gestrichelten, eingekreisten Teil 923a). Es ist jedoch zu beachten, dass im Referenzbeispiel 2 das Signal S1 eine hohe Intensität im Frequenzband der Modulation der Bezugsspannung V_REF aufweist (entsprechend dem gestrichelt eingekreisten Teil 923b). Das Frequenzband der Modulation der Bezugsspannung V_REF (hier ein Band um 100 kHz) ist ein Niederfrequenzband, das niedriger ist als das 2-MHz-Band, und Rauschen in einem solchen Niederfrequenzband kann nachteilige Auswirkungen auf eine Vorrichtung haben, die das Signal S1 verwendet, eine Vorrichtung, die ein Signal verwendet, das das Signal S1 enthält, oder eine Vorrichtung, die ein auf dem Signal S1 basierendes Signal verwendet.
Ein Beispiel für ein Gerät, das das Signal S1 verwendet, ist ein Radargerät, das an einem Fahrzeug, z. B. einem Automobil, angebracht ist (im Folgenden als fahrzeugmontiertes Radargerät bezeichnet). Ein fahrzeugmontiertes Radargerät kann den Abstand zwischen einem Fahrzeug und einem außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Objekt, die Geschwindigkeit des Objekts (die relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt) und Ähnliches erfassen. Starkes Rauschen in einem Niederfrequenzband kann sich nachteilig auf die Erfassungsgenauigkeit des fahrzeugmontierten Radargeräts auswirken.
[Referenzbeispiel 3]
Es wird auch eine Methode in Betracht gezogen (als Referenzbeispiel 3 bezeichnet), bei der als Bezugsspannung V_REF eine Spannung (siehe 12) verwendet wird, die sich in Übereinstimmung mit Zufallszahlen diskret ändert. Da die Bezugsspannung V_REF bei Referenzbeispiel 3 jedoch nicht schrittweise variiert, kann es sein, dass die Schaltung nicht zufriedenstellend reagiert und nicht wie gewünscht funktioniert. Oder die Schaltung muss modifiziert werden, um schneller zu arbeiten, was einen höheren Stromverbrauch zur Folge haben kann.
Nun werden einige Konfigurationen der Schalteinrichtung 1, die bessere Eigenschaften als die oben beschriebenen Referenzbeispiele aufweisen, anhand einer Vielzahl von Praxisbeispielen vorgestellt. Sofern nicht anders angegeben oder sofern nicht unvereinbar, ist jeder Teil der oben im Zusammenhang mit der Ausführungsform gegebenen Beschreibung auf die im Folgenden beschriebenen Praxisbeispiele anwendbar. Für jede Beschreibung der Praxisbeispiele, die im Widerspruch zu dem steht, was oben beschrieben wurde, kann die im Zusammenhang mit den Praxisbeispielen gegebene Beschreibung Vorrang haben. Sofern nicht unvereinbar, ist jede Beschreibung, die im Zusammenhang mit einem der nachstehend beschriebenen Praxisbeispiele gegeben wird, auf jedes andere der Praxisbeispiele anwendbar (d. h. zwei oder mehr der Praxisbeispiele können miteinander kombiniert werden).
[Praxisbeispiel EX1_A]
Es wird das praktische Beispiel EX1_A beschrieben. Im Praxisbeispiel EX1_A hat die Bezugsspannung V_REF die Kurvenform einer Dreieckswelle, und zusätzlich wird die Bezugsspannung V_REF so moduliert, dass die Frequenz der Dreieckswelle variiert. 13 zeigt die Wellenform 610 der Bezugsspannung V_REF im Praxisbeispiel EX1_A. In dieser Ausführungsform ist das, was die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 erzeugt, tatsächlich die Bezugsspannung V_REF im Praxisbeispiel EX1_A.
Im Praxisbeispiel EX1_A reicht der Variationsbereich der Bezugsspannung V_REF von einer vorbestimmten unteren Grenzspannung V_{L_REF} bis zu einer vorbestimmten oberen Grenzspannung V_{H_REF}, die höher als die untere Grenzspannung V_{L_REF} ist. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 des Praxisbeispiels EX1_A führt den Betrieb der Dreieckswellenerzeugungseinheit wie unten beschrieben durch. Beim Betrieb der DreieckswellenErzeugungseinheit erhöht die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 des Praxisbeispiels EX1_A, beginnend in einem Zustand, in dem die Bezugsspannung V_REF gleich der vorbestimmten unteren Grenzspannung V_{L_REF} gemacht wird, die Bezugsspannung V_REF von der unteren Grenzspannung V_{L_REF} auf die obere Grenzspannung V_{H_REF} linear und monoton mit einem Anstiegsgradienten U_{_REF} ; erreicht die Bezugsspannung V_REF die obere Grenzspannung V_{H_REF}, so kehrt die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 die Änderungsrichtung der Bezugsspannung V_REF von der Anstiegsrichtung in die Abfallrichtung um; danach senkt die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 des Praxisbeispiels EX1_A die Bezugsspannung V_REF von der oberen Grenzspannung V_{H_REF} auf die untere Grenzspannung V_{L_REF} linear und monoton mit einem Abfallgradienten D_{_REF}.
Ein Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit ist ein Vorgang, bei dem, beginnend in einem Zustand, in dem die Bezugsspannung V_REF gleich der vorbestimmten unteren Grenzspannung V_{L_REF} gemacht wird, die Bezugsspannung V_REF monoton erhöht und dann monoton verringert wird, bis die Bezugsspannung V_REF zur unteren Grenzspannung V_{L_REF} zurückkehrt. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 des Praxisbeispiels EX1_A führt wiederholt den oben beschriebenen Dreieckswellenerzeugungseinheitsvorgang aus. Insbesondere, wenn im i-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit die Bezugsspannung V_REF, beginnend bei der unteren Grenzspannung V_{L_REF}, monoton ansteigt und dann monoton abfällt, bis sie zur unteren Grenzspannung V_{L_REF} zurückkehrt, beendet die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 den i-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit und beginnt anschließend den (i+1)-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit. Dabei steht i für eine beliebige natürliche Zahl.
Der Einfachheit halber wird hier die Zeitspanne, in der ein Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit durchgeführt wird, als Dreieckswelleneinheitszeitspanne bezeichnet, und die Dreieckswelleneinheitszeitspanne, in der der i-te Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit durchgeführt wird, wird durch das Symbol „P[i]“ gekennzeichnet.
In jedem Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit sind die Beträge der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} gleich. Das heißt, im i-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit (in anderen Worten, in der Dreieckswelleneinheit-Zeitspanne P[i]) sind die Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} gleich; im (i+1)-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit (in anderen Worten, in der Dreieckswelleneinheit-Zeitspanne P[i+1]) sind die Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} gleich. Das Gleiche gilt für jeden anderen Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit.
Man beachte jedoch, dass für jede natürliche Zahl i die Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} im (i+1)-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit sich von den Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} im i-ten Zyklus der Dreieckswellenerzeugungseinheit unterscheiden. Das heißt, für jede natürliche Zahl i unterscheidet sich die Länge der Zeitspanne der Dreieckswelleneinheit P[i+1] von der Länge der Zeitspanne der Dreieckswelleneinheit P[i], und somit variiert die Frequenz der Dreieckswelle in der Bezugsspannung V_REF.
Als mögliche Längen von Dreieckswellen-Einheitszeitspannen sind hier zuvor insgesamt n Längen T[1] bis T[n] definiert worden. Dabei ist n eine beliebige ganze Zahl von zwei oder mehr. Für jede natürliche Zahl j ist die Länge T[j+1] größer als die Länge T[j]. Wie in 14 gezeigt, wird ausgehend von einem Zustand, in dem die Länge der Dreieckswellen-Einheitszeitspanne der Länge T[1] entspricht, jedes Mal, wenn eine Dreieckswellen-Einheitszeitspanne verstreicht, die Länge der Dreieckswellen-Einheitszeitspanne auf T[2], T[3], ... , T[n-1] und T[n]. Wenn die Dreieckswellen-Einheitszeitspanne mit der Länge T[n] endet, wird jedes Mal, wenn eine Dreieckswellen-Einheitszeitspanne verstreicht, die Länge der Dreieckswellen-Einheitszeitspanne auf T[n-1], T[n-2], ... , T[2], und T[1]. Dieser Vorgang wird danach wiederholt.
Auf diese Weise läuft der Betrieb in der Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 wie folgt ab:

Jedes Mal, wenn eine Dreieckswelleneinheitszeitspanne verstreicht, wird die Länge der Dreieckswelleneinheitszeitspanne schrittweise von der Länge T[1] auf T[2], T[3], ... T[1], T[3], ..., T[2], T[3], ..., T[n-1] und T[n] erhöht; danach wird jedes Mal, wenn eine Dreieckswelleneinheitszeitspanne verstreicht, die Länge der Dreieckswelleneinheitsperiode schrittweise von der Länge T[n] auf T[n-1], T[n-2], ... , T[2] und T[1] erniedrigt. Dieser Vorgang wird anschließend wiederholt.

In der folgenden Beschreibung wird die Frequenz der Dreieckswelle in der Bezugsspannung V_REF gelegentlich als Frequenz f_REF bezeichnet. Die Frequenz F_REF kann als die Frequenz der Bezugsspannung V_REF verstanden werden. Mit Fokus auf die Frequenz f_REF kann der Betrieb wie folgt verstanden werden: In der Schaltung zur Erzeugung der Bezugsspannung 10 wird die Frequenz f_REF der Dreieckswelle jedes Mal, wenn eine Einheitszeitspanne der Dreieckswelle verstreicht, schrittweise von der Frequenz 1/T[1] auf die Frequenz 1/T[2], 1/T[3], ... 1/T[2], 1/T[3], ..., 1/T[n] und 1/T[n] erniedrigt; danach wird jedes Mal, wenn eine Einheitszeitspanne der Dreieckswelle verstreicht, die Frequenz f_REF der Dreieckswelle schrittweise von der Frequenz 1/T[n] auf die Frequenz 1/T[n-1], 1/T[n-2], ... , 1/T[2] und 1/T[1] erhöht. Diese Operation wird anschließend wiederholt. Für jede natürliche Zahl j ist die Länge T[j+1] größer als die Länge T[j]; somit entspricht die Frequenz 1/T[1] der maximalen Frequenz im Variationsbereich der Frequenz f_REF und die Frequenz 1/T[n] der minimalen Frequenz im Variationsbereich der Frequenz F_REF.
In einem Fall mit n = 3 können beispielsweise die Längen T[1], T[2] und T[3] auf 1/120000 Sekunden, 1/100000 Sekunden bzw. 1/80000 Sekunden eingestellt werden. In diesem Fall variiert die Frequenz f_REF der Dreieckswelle zwischen 120kHz, 100kHz und 80kHz.
Infolge der Modulation der Bezugsspannung V_REF ändert sich die Frequenz f_S1 des Signals S1. Dabei sind die Mittenfrequenz und die Minimalfrequenz des Variationsbereichs der Frequenz f_S1 des Signals S1 deutlich (z.B. zehnfach oder mehrere zehnfach) höher als die Maximalfrequenz (d.h. 1/T[1]) des Variationsbereichs der Frequenz f_REF der Dreieckswelle. Dies kann durch eine entsprechende Einstellung der Kenndaten (Anstiegsgradient U_{_RAMP}, Abfallgradient D_{_RAMP}, Untergrenze der Spannung V_{L_RAMP} und Obergrenze der Spannung V_{H_RAMP}) der Rampenspannung V_RAMP erreicht werden.
Eine starke Änderung der Frequenz F_REF der Dreieckswelle (z. B. die Änderung der Frequenz f_REF der Dreieckswelle von der Frequenz 1/T[n] auf die Frequenz 1/T[1] auf einmal) kann zu Unannehmlichkeiten führen, wie z. B. die strikte Forderung nach schnellem Ansprechen im Schaltungsbetrieb. Um dies zu vermeiden, wird die Frequenz f_REF der Dreieckswelle wie oben beschrieben schrittweise erhöht oder verringert.
Während hier davon ausgegangen wird, dass in jedem Zyklus des Betriebs der Dreieckswellenerzeugungseinheit die Größen der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} gleich sind, ist auch eine Konfiguration möglich, bei der in jedem Zyklus des Betriebs der Dreieckswellenerzeugungseinheit die Größen der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} unterschiedlich sind.
In 15 stellt eine Wellenform 621 die Zeitabhängigkeit der Bezugsspannung V_REF im Praxisbeispiel EX1_A dar und in 16 stellt eine Wellenform 622 die Zeitabhängigkeit der Frequenz f_S1 des Signals S1 im Praxisbeispiel EX1_A dar. Es wird hier angenommen, dass im Praxisbeispiel EX1_A die Bezugsspannung V_REF eine Spannung mit einer dreieckigen Wellenform ist, die um 1,0 V (Volt) zwischen 0,8 V und 1,2 V variiert und die Frequenz f_REF der Dreieckswelle um 100 kHz (Kilohertz) moduliert ist. In der Wellenform 621 in 15 ist n = 7. Die Längen T[1], T[2], T[3], T[4], T[5], T[6] und T[7] sind jeweils auf die Kehrwerte von 60, 80, 100, 120, 140, 160 und 180 kHz eingestellt.
17 zeigt das Frequenzspektrum 623 des Signals S1 im Praxisbeispiel EX1_A. Es zeigt, dass im Vergleich zum Referenzbeispiel 1 (siehe 6) das Spektrum des Signals S1 im Praxisbeispiel EX1_A gespreizt ist, was zu reduzierten Spitzenintensitäten des Signals S1 in einem hochfrequenten Band (bei 2,0 MHz und bei Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache von 2,0 MHz sind) führt. Es zeigt sich auch, dass im Vergleich zum Referenzbeispiel 2 im Praxisbeispiel EX1_A das Spektrum des Signals S1 im Frequenzband der Modulation der Bezugsspannung V_REF (hier ein Band um 100 kHz) gespreizt ist, was zu reduziertem Rauschen in diesem Frequenzband führt (siehe den gestrichelt eingekreisten Teil 923b in 11 und den gestrichelt eingekreisten Teil 623b in 17). Darüber hinaus wird im Praxisbeispiel EX1_A durch die Modulation der Dreieckswelle in der Bezugsspannung V_REF auch die Spitzenintensität des Signals S1 in einem Hochfrequenzband im Vergleich zum Referenzbeispiel 2 weiter reduziert (siehe den gestrichelt eingekreisten Teil 923a in 11 und den gestrichelt eingekreisten Teil 623a in 17).
Wie oben beschrieben, ist es mit dem Praxisbeispiel EX1_A möglich, die Spitzenintensitäten des dem Signal S1 zuzuschreibenden Rauschens (das Rauschen im Signal S1 selbst und das Schaltrauschen des auf dem Signal S1 basierenden Schalttransistors 50) sowohl in einem hochfrequenten Band (hier ein Band von 2,0 MHz oder mehr) als auch in einem niederfrequenten Band (hier ein Band um 100 kHz) zu reduzieren.
[Praxisbeispiel EX1_B]
Es wird nun das Praxisbeispiel EX1_B beschrieben. 18 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 110 im Praxisbeispiel EX1_B. Das praktische Beispiel EX1_B ist in Kombination mit dem oben beschriebenen Praxisbeispiel EX1_A implementiert, und die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 110 wird als Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 im Praxisbeispiel EX1_A verwendet. Das heißt, die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 110 ist ein Beispiel für die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 im Praxisbeispiel EX1_A.
Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 110 umfasst eine Rechteckwellen-Speiseschaltung 111 und einen Modulator 112. Die Rechteckwellen-Einspeiseschaltung 111 erzeugt n verschiedene Rechteckwellensignale mit jeweils n verschiedenen Frequenzen, um ein Signal S111 auszugeben, das sich aus der Kombination dieser n verschiedenen Rechteckwellensignale ergibt. Das Signal S111 wird dem Modulator 112 zugeführt.
19 zeigt schematisch die Wellenform des Signals S111, wie sie bei n = 3 beobachtet wird. Das Signal S111 ist ein Signal, das sich aus der Kombination eines ersten Rechteckwellensignals mit einer Periode gleich einer Länge T[1], eines zweiten Rechteckwellensignals mit einer Periode gleich einer Länge T[2], eines dritten Rechteckwellensignals mit einer Periode gleich einer Länge T[3], ... und eines n-ten Rechteckwellensignals mit einer Periode gleich einer Länge T[n] ergibt. Das erste bis n-te Rechtecksignal nimmt jeweils abwechselnd hohe und niedrige Pegel als Signalpegel an. Es wird davon ausgegangen, dass jedes Rechtecksignal ein Tastverhältnis von 50 % hat. Das heißt, in jedem Rechtecksignal ist das Verhältnis zwischen der High-Pegel-Zeitspanne und der Low-Pegel- Zeitspanne 1:1. Es wird auch angenommen, dass der Zyklus jedes Rechtecksignals mit einer Hochpegel-Zeitspanne beginnt.
Im Signal S111 ändert sich jedes Mal, wenn eine Periode eines Rechteckwellensignals abläuft, welches der verschiedenen Rechteckwellensignale in das Signal S111 aufgenommen wird.
Eine Periode des ersten Rechteckwellensignals, eine Periode des zweiten Rechteckwellensignals, eine Periode des dritten Rechteckwellensignals, ... , eine Periode des (n-1)-ten Rechteckwellensignals, eine Periode des n-ten Rechteckwellensignals, eine Periode des (n-1)-ten Rechteckwellensignals, ... eine Periode des (n-1)-ten Rechteckwellensignals, eine Periode des (n-1)-ten Rechteckwellensignals, eine Periode des (n-1)-ten Rechteckwellensignals, ... , eine Periode des dritten Rechteckwellensignals und eine Periode des zweiten Rechteckwellensignals werden in dieser Reihenfolge chronologisch kombiniert, um als Einheitssignal zu dienen, und dieses Einheitssignal wird wiederholt, um das Signal S111 zu bilden. Dementsprechend werden in einem Fall mit n = 3, wie in 19 gezeigt, eine Periode des ersten Rechteckwellensignals, eine Periode des zweiten Rechteckwellensignals, eine Periode des dritten Rechteckwellensignals und eine Periode des zweiten Rechteckwellensignals in dieser Reihenfolge chronologisch kombiniert, um als Einheitssignal zu dienen, und dieses Einheitssignal wird wiederholt, um das Signal S111 zu bilden.
Wie oben beschrieben, nimmt die Frequenz der Rechteckwellen-Signale, die in das oben erwähnte Einheitssignal integriert sind, zunächst allmählich von der maximalen Frequenz (dem Kehrwert der Länge T[1]) auf die minimale Frequenz (dem Kehrwert der Länge T[n]) ab und steigt dann allmählich von der minimalen Frequenz (dem Kehrwert der Länge T[n]) auf die maximale Frequenz an.
Der Modulator 112 wird mit einer vorgegebenen Gleichspannung V_CNST gespeist. Die Gleichspannung V_CNST hat eine feste konstante Spannung. Der Modulator 112 erzeugt durch Modulation der Gleichspannung V_CNST auf Basis des Signals S111 die Bezugsspannung V_REF, die die im Zusammenhang mit dem Praxisbeispiel EX1_A beschriebenen Eigenschaften aufweist (siehe 13).
20 zeigt schematisch die Wellenformen des Signals S111 und der Bezugsspannung V_REF für den Fall, dass n = 3. Der Modulator 112 moduliert die Gleichspannung V_CNST auf der Basis des Signals S111 so, dass in der Hochpegel-Zeitspanne des Signals S111 die Bezugsspannung V_REF linear und monoton mit dem vorgegebenen Anstiegsgradienten U_{_REF} ansteigt und dass in der Niedrigpegel-Zeitspanne des Signals S111 die Bezugsspannung V_REF linear und monoton mit dem vorgegebenen Abfallgradienten D_{_REF} abfällt. Auf diese Weise erzeugt der Modulator 112 die Bezugsspannung V_REF.
Der Modulator 112 macht die Beträge der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} in der Zeitspanne, in der das i-te Rechteckwellensignal als Signal S111 dem Modulator 112 zugeführt wird, proportional zum Kehrwert der Länge T[i]. Das heißt, der Modulator 112 setzt die Beträge der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} in der Zeitspanne, in der das erste Rechteckwellensignal als Signal S111 dem Modulator 112 zugeführt wird, auf (1/T[1]) × k_B, und setzt die Beträge der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} in der Zeitspanne, in der das zweite Rechteckwellensignal als Signal S111 dem Modulator 112 zugeführt wird, auf (1/T[2]) × k_B. Da T[1] < T[2] ist, ist (1/T[1]) × k_B> (1/T[2] ) × k_B. Ähnliches gilt für die Zeitspanne, in der als Signal S111 das dritte Rechtecksignal o. ä. dem Modulator 112 zugeführt wird. Auf diese Weise erhält man die Bezugsspannung V_REF mit den im Zusammenhang mit dem Praxisbeispiel EX1_A beschriebenen Eigenschaften. Dabei ist k_B eine vorgegebene Proportionalitätskonstante.
Wie in 21 gezeigt, kann die Rechteckwellen-Speiseschaltung 111 mit einem Rechteckwellengenerator 111a und einem Selektor 111b konfiguriert werden. Der Rechteckwellengenerator 111a wird mit dem Signal S1 gespeist. Der Rechteckwellengenerator 111a enthält einen Zähler 111a_1, der zählt, wie oft im Signal S1 eine steigende Flanke auftritt. Der Rechteckwellengenerator 111a erzeugt die ersten bis n-ten Rechteckwellensignale durch Teilung der Frequenz des Signals S1 durch n verschiedene Teilungsfaktoren anhand des Zählwerts des Zählers 11a_1. Der Selektor 111b gibt das Signal S111 anhand des ersten bis n-ten Rechteckwellensignals aus. Der Selektor 111b wählt anhand eines Auswahlsignals SEL eines der ersten bis n-ten Rechteckwellensignale aus, das von dem Rechteckwellengenerator 111a zugeführt wird, und gibt das ausgewählte Rechteckwellensignal als das Signal S111 aus. Hierbei kann der Rechteckwellengenerator 111a das Auswahlsignal SEL basierend auf dem oben erwähnten Zählwert derart erzeugen, dass das Signal S111 mit den oben beschriebenen Eigenschaften (z.B. ein Signal S111 mit den Eigenschaften in 19) vom Selektor 111b ausgegeben wird. Das Auswahlsignal SEL kann dem Selektor 111b von einer anderen Schaltung als dem Rechteckwellengenerator 111a zugeführt werden.
[Praxisbeispiel EX1_C]
Es wird nun das Praxisbeispiel EX1_C beschrieben. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 120 gemäß dem Praxisbeispiel EX1_C. Das Praxisbeispiel EX1_C wird in Kombination mit dem zuvor beschriebenen Praxisbeispiel EX1_A realisiert, und die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 120 wird als Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 im Praxisbeispiel EX1_A verwendet. Das heißt, die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 120 ist ein Beispiel für die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 10 im Praxisbeispiel EX1_A.
Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 120 umfasst einen Taktmodulator 121, eine Logikschaltung 122 und einen Referenzgenerator 123.
Der Taktmodulator 121 umfasst einen VCO, d. h. einen spannungsgesteuerten Oszillator, und der VCO erzeugt ein Taktsignal mit einer Frequenz, die der ihm zugeführten Eingangsspannung entspricht. Das Taktsignal ist ein Rechtecksignal, das als Signalpegel abwechselnd hohe und niedrige Pegel annimmt. Der Taktmodulator 121 moduliert die Frequenz des Taktsignals (d. h. er variiert die Frequenz eines Taktsignals CLK, das später beschrieben wird), indem er die Eingangsspannung zum VCO variabel steuert. Das so modulierte Taktsignal wird als Taktsignal CLK der Logikschaltung 122 zugeführt. Die Logikschaltung 122 gibt ein auf dem Taktsignal CLK basierendes Steuersignal S112 an den Referenzgenerator 123 weiter. Der Referenzgenerator 123 erzeugt die dem Steuersignal S112 entsprechende Bezugsspannung V_REF.
Beispielsweise kann die Logikschaltung 122 die Frequenz des Taktsignals CLK durch einen vorgegebenen Teilungsfaktor teilen und das geteilte Taktsignal CLK als Steuersignal S122 dem Referenzgenerator 123 zuführen. In diesem Fall erzeugt der Referenzgenerator 123 die Bezugsspannung V_REF basierend auf dem Steuersignal S122, so dass die Frequenz f_REF der Dreieckswelle in der Bezugsspannung V_REF proportional zur Frequenz des Steuersignals S122 ist.
Unter der Annahme, dass die Logikschaltung 122 die Frequenz des Taktsignals CLK um den Faktor zwei teilt, werden einige Zahlenbeispiele vorgestellt. Es wird auch angenommen, dass die Frequenz f_REF der Dreieckswelle in der Bezugsspannung V_REF auf das k_C -fache der Frequenz des Steuersignals S122 eingestellt ist. Das Symbol k_C steht für einen vorgegebenen Proportionalitätskoeffizienten, der kleiner als eins ist (z. B. k_C = 1 / 100). Wenn in diesem Fall die Frequenz des Taktsignals CLK 20 MHz beträgt, ist die Frequenz des Steuersignals S122 10 MHz, und die Frequenz f_REF der Dreieckswelle beträgt somit (10 × k_C) MHz. Beträgt die Frequenz des Taktsignals CLK 18 MHz, so beträgt die Frequenz des Steuersignals S122 9 MHz, und die Frequenz f_REF der Dreieckswelle ist somit (9 × k_C) MHz.
Die Frequenz f_REF der Dreieckswelle in der vom Referenzgenerator 123 erzeugten Bezugsspannung V_REF hängt also von der Frequenz des Taktsignals CLK ab. Durch die Verwendung des Taktsignals CLK, das ein frequenzmoduliertes Taktsignal ist, kann die Frequenz f_REF der Dreieckswelle moduliert werden. Das modulierte Taktsignal CLK kann so erzeugt werden, dass der Referenzgenerator 123 die Bezugsspannung V_REF mit den im Zusammenhang mit dem Praxisbeispiel EX1_A beschriebenen Eigenschaften erzeugt.
Beispielsweise kann der Referenzgenerator 123 die Beträge der Anstiegs- und Abfallgradienten U_{_REF} und D_{_REF} der Bezugsspannung V_REF proportional zur Frequenz des Steuersignals S122 machen, und auf diese Weise ist es möglich, die Frequenz f_REF der Dreieckswelle zu erhalten, die der Frequenz des Taktsignals CLK entspricht.
<< Zweite Ausführungsform >>
Es wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die zweite Ausführungsform wird in Kombination mit der ersten Ausführungsform implementiert. 23 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Schaltnetzteils 200 gemäß der zweiten Ausführungsform. Das Schaltnetzteil 200 ist als Abwärts-Gleichstromwandler eingerichtet, der eine Stromumwandlung an einer Eingangsspannung V_IN durchführt, um eine Ausgangsspannung V_OUT zu erzeugen, die niedriger ist als die Eingangsspannung V_IN. Die Eingangsspannung V_IN und die Ausgangsspannung V_OUT sind jeweils eine positive Gleichspannung. Das Schaltnetzteil 200 verfügt über einen Eingangsanschluss IN, der mit der Eingangsspannung V_IN gespeist wird, einen Ausgangsanschluss OUT, an dem die Ausgangsspannung V_OUT anliegt, einen Masseanschluss GND, der auf einem Massepotential liegt, und einen Schaltanschluss SW, der mit einer Schaltspannung Vsw gespeist wird, die später beschrieben wird. Der Masseanschluss GND und der Schaltanschluss SW sind gegenüber dem Eingangsanschluss IN auf der Seite mit dem niedrigeren Potential vorgesehen.
Das Schaltnetzteil 200 umfasst die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebene Signalerzeugungsschaltung 2 und umfasst ferner eine Endstufenschaltung 210, eine Schaltsteuerschaltung 220, eine Gleichrichter-Glättungsschaltung 230 und eine Rückkopplungsspannungserzeugungsschaltung 240. Die Signalerzeugungsschaltung 2 in dem Schaltnetzteil 200 ist identisch mit der Signalerzeugungsschaltung 2 (siehe 1) in der ersten Ausführungsform. Die Signalerzeugungsschaltung 2 in dem Schaltnetzteil 200 erzeugt eine Bezugsspannung V_REF mit den oben im Zusammenhang mit dem Praxisbeispiel EX1_A beschriebenen Eigenschaften, und unter Verwendung dieser Bezugsspannung V_REF wird das Signal S1 erzeugt.
Das Schaltnetzteil 200 kann durch Verwendung eines Halbleiterbauelements 300 eingerichtet werden. 24 zeigt ein Beispiel für das äußere Erscheinungsbild der Halbleitervorrichtung 300. Das Halbleiterbauelement 300 ist ein elektronisches Bauteil, das einen Halbleiterchip mit einer integrierten Halbleiterschaltung, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, ein Gehäuse, in dem der Halbleiterchip untergebracht ist, und eine Vielzahl von externen Anschlüssen umfasst, die aus dem Gehäuse nach außen des Halbleiterbauelements 300 herausragen. Das Versiegeln des Halbleiterchips in dem aus Harz geformten Gehäuse ergibt die Halbleitervorrichtung 300. Die integrierte Halbleiterschaltung kann eingerichtet sein, die Signalerzeugungsschaltung 2, die Endstufenschaltung 210 und die Schaltsteuerschaltung 220 zu umfassen. Oder sie kann eingerichtet sein, die Signalerzeugungsschaltung 2 und die Schaltsteuerungsschaltung 220 enthält. Die Rückkopplungsspannung-Erzeugungsschaltung 240 kann innerhalb der Halbleitervorrichtung 300 oder außerhalb der Halbleitervorrichtung 300 vorgesehen sein.
Die Endstufenschaltung 210 umfasst eine Halbbrückenschaltung, die aus einer Reihenschaltung eines High-Side-Transistors 211 und eines Low-Side-Transistors 212 besteht. Die Gleichrichter-Glättungsschaltung 230 umfasst eine Induktivität 231 und einen Ausgangskondensator 232.
Das Schaltnetzteil 200 wandelt Gleichstrom durch synchrone Gleichrichtung mit Hilfe der Transistoren 211 und 212 in Gleichstrom um. Die Transistoren 211 und 212 sind als n-Kanal-MOSFETs eingerichtet. Eine Modifikation ist möglich, bei der der Transistor 211 als P-Kanal-MOSFET eingerichtet wird. Es ist auch möglich, den Transistor 212 durch eine Diode zu ersetzen. In diesem Fall führt das Schaltnetzteil 200 eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlung durch asynchrone Gleichrichtung durch.
Der Drain des Transistors 211 ist mit dem Eingangsanschluss IN verbunden und wird somit mit der Eingangsspannung V_IN versorgt. Die Source des Transistors 211 und der Drain des Transistors 212 sind beide mit dem Schaltanschluss SW verbunden. Die Source des Transistors 212 ist mit dem Masseanschluss GND verbunden (d.h. sie ist mit einer Masse verbunden). Die an dem Schaltanschluss SW anliegende Spannung wird als Schaltspannung bezeichnet und mit dem Symbol „Vsw" gekennzeichnet. Der Schaltanschluss SW ist mit einem Anschluss der Induktivität 231 verbunden, und der andere Anschluss der Induktivität 231 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT verbunden. An dem Ausgangsanschluss OUT liegt die Ausgangsspannung V_OUT an. Zwischen dem Ausgangsanschluss OUT und der Masse ist der Ausgangskondensator 232 angeschlossen.
In 23 bezeichnet das Bezugszeichen „LD“ eine Last, die zwischen dem Ausgangsanschluss OUT und der Masse angeschlossen ist. Die Last LD kann eine beliebige Last sein, die mit der Ausgangsspannung V_OUT betrieben wird. Der Strom, der durch die Induktivität 231 fließt, wird als Induktionsstrom bezeichnet und mit dem Symbol „I_L“ gekennzeichnet.
Die Rückkopplungsspannungs-Erzeugungsschaltung 240 erzeugt eine Teilungsspannung der Ausgangsspannung V_OUT unter Verwendung einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände, die zwischen dem Ausgangsanschluss OUT und der Masse angeordnet sind, und speist die erzeugte Teilungsspannung als Rückkopplungsspannung V_FB in die Schaltsteuerschaltung 220 ein. Die Ausgangsspannung V_OUT selbst kann als Rückkopplungsspannung V_FB verwendet werden, wobei in diesem Fall die Rückkopplungsspannungs-Erzeugungsschaltung 240 in dem Schaltnetzteil 200 weggelassen wird.
Die Schaltsteuerschaltung 220 steuert den Zustand der Endstufenschaltung 210 und versetzt sie in einen Zustand mit hoher Ausgangsleistung, einen Zustand mit niedriger Ausgangsleistung oder einen Zustand mit beiden Ausgängen. Im Zustand mit hoher Ausgangsleistung ist der Transistor 211 eingeschaltet und der Transistor 212 ist ausgeschaltet. Im Zustand mit niedriger Ausgangsleistung ist der Transistor 211 ausgeschaltet und der Transistor 212 ist eingeschaltet. Im Zustand „Beide aus“ sind die Transistoren 211 und 212 beide ausgeschaltet. Die Transistoren 211 und 212 sind nie beide eingeschaltet.
Die Schaltsteuerschaltung 220 führt eine Schaltsteuerung durch, indem sie die Transistoren 211 und 212 abwechselnd ein- und ausschaltet (d.h. den Zustand der Endstufenschaltung 210 zwischen den Zuständen mit hoher und niedriger Ausgangsleistung umschaltet), basierend auf Informationen über die Ausgangsspannung V_OUT (d.h. die Rückkopplungsspannung V_FB) und Informationen über den Induktionsstrom I_L. Die Schaltsteuerschaltung 220 stabilisiert dadurch die Ausgangsspannung V_OUT auf einer vorbestimmten Zielspannung V_TG. Das heißt, die Schaltsteuerschaltung 220 kann die Transistoren 211 und 212 durch eine so genannte Stromregelung ansteuern. Beispielsweise kann der Strom, der während der Einschaltzeitspanne des Transistors 211 durch den Transistor 211 fließt, als Information über den Induktionsstrom I_L verwendet werden. Bei der Schaltsteuerung durch die Schaltsteuerschaltung 220 schließt das abwechselnde Ein- und Ausschalten der Transistoren 211 und 212 das Vorhandensein eines Sowohlals-auch-Zustands während eines Übergangs zwischen den Zuständen mit niedriger und hoher Leistung unter Berücksichtigung einer Totzeit oder dergleichen nicht aus.
Durch die oben beschriebene Schaltsteuerung erscheint als Schaltspannung Vsw eine Spannung mit einer rechteckigen Wellenform, deren Pegel im Wesentlichen zwischen dem Pegel der Eingangsspannung V_IN und dem Pegel der Masse schwankt. Die Schaltspannung Vsw wird durch die Gleichrichter-Glättungsschaltung 230 gleichgerichtet und geglättet, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung V_OUT zu erzeugen.
Die Schaltsteuerschaltung 220 bestimmt die Schaltfrequenz der Transistoren 211 und 212 anhand des von der Signalerzeugungsschaltung 2 ausgegebenen Signals S1. Insbesondere wiederholt die Schaltsteuerschaltung 220 eine Schaltsteuerung, bei der sie den Zustand der Endstufenschaltung 210 vom Zustand mit niedriger Leistung in den Zustand mit hoher Leistung synchron mit einer Aufwärtsflanke im Signal S1 (d.h. einem Wechsel des Werts des Signals S1 von „0“ auf „1“) schaltet und danach den Zustand der Endstufenschaltung 210 vom Zustand mit hoher Leistung in den Zustand mit niedriger Leistung anhand eines anderen Signals (nicht dargestellt) schaltet. Das eben erwähnte andere Signal wird von der Schaltsteuerschaltung 220 anhand von Informationen über die Ausgangsspannung V_OUT (d. h. die Rückkopplungsspannung V_FB) und Informationen über den Induktionsstrom I_L erzeugt. Das heißt, der Schaltsteuerkreis 220 steuert die Schaltfrequenz der Transistoren 211 und 212 anhand des Signals S1 und steuert das Ausgangstastverhältnis anhand des oben erwähnten anderen Signals. Das Ausgangstastverhältnis bezeichnet das Verhältnis der Zeitspanne, in der sich die Endstufenschaltung 210 im Zustand hoher Ausgangsleistung befindet, zur Summe der Zeitspanne, in der sich die Endstufenschaltung 210 im Zustand hoher Ausgangsleistung befindet, und der Zeitspanne, in der sich die Endstufenschaltung 210 im Zustand niedriger Ausgangsleistung befindet. Die Schaltsteuerung durch die Schaltsteuerschaltung 220 entspricht somit einer PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation).
Die Schaltsteuerschaltung 220 ist ein Beispiel für die Schaltsteuerschaltung 40 in 1. Mit anderen Worten, die Schaltsteuerschaltung 220 umfasst die Schaltsteuerschaltung 40 in 1. Unter Berücksichtigung des Umstands, dass der Transistor 211 durch die Schaltsteuerschaltung 220 synchron mit einer Aufwärtsflanke im Signal S1 eingeschaltet wird, entspricht der Transistor 211 dem Schalttransistor 50 in 1, und die PWM-Steuerung durch die Schaltsteuerschaltung 220 erreicht den Schaltbetrieb des Transistors 211. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Transistor 212 durch die Schaltsteuerschaltung 220 synchron mit einer Aufwärtsflanke im Signal S1 ausgeschaltet wird, entspricht der Transistor 212 dem Schalttransistor 50 in 1, und die PWM-Steuerung durch die Schaltsteuerschaltung 220 bewirkt den Schaltvorgang des Transistors 212.
In der obigen Beschreibung wird die Steuerung des Zustands der Endstufenschaltung 210 durch eine Stromregelung anhand von Informationen über die Ausgangsspannung V_OUT (d. h. die Rückkopplungsspannung V_FB) und Informationen über den Induktionsstrom I_L erörtert. Die Schaltsteuerungsschaltung 220 kann stattdessen ein Verfahren zur Steuerung des Zustands der Endstufenschaltung 210 anhand von Informationen über die Ausgangsspannung V_OUT (d.h. die Rückkopplungsspannung V_FB) einsetzen, ohne auf Informationen über den Induktionsstrom I_L zurückzugreifen.
Während sich die obige Beschreibung auf ein Schaltnetzteil 200 bezieht, das als Abwärts-Gleichstromwandler eingerichtet ist, kann das Schaltnetzteil 200 auch als Aufwärts-Gleichstromwandler oder als Aufwärts-/Abwärts-Gleichstromwandler eingerichtet sein.
<< Dritte Ausführungsform >>
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die dritte Ausführungsform befasst sich mit angewandten oder modifizierten Technologien, die auf die zuvor beschriebene erste oder zweite Ausführungsform anwendbar sind.
Geringes Rauschen ist bei
Stromversorgungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für ein fahrzeugmontiertes Radargerät sehr erwünscht. Insbesondere kann ein hohes Rauschen in einem Niederfrequenzband (z. B. in einem Band um 100 kHz) nachteilige Auswirkungen auf verschiedene Aspekte der Leistung (z. B. die Erfassungsgenauigkeit) eines fahrzeugmontierten Radargeräts haben. Aus diesem Grund ist das Schaltnetzteil 200 gemäß der zweiten Ausführungsform als Stromversorgungsvorrichtung für ein fahrzeugmontiertes Radargerät geeignet. Das heißt, die Last LD in 23 kann ein in einem Fahrzeug montiertes Radargerät sein.
Es ist jedoch zu beachten, dass in der vorliegenden Offenbarung die Last LD nicht auf ein fahrzeugmontiertes Radargerät beschränkt ist. Die Last LD kann jede Sensorvorrichtung sein, die nicht als Radargerät klassifiziert ist, oder jede elektronische Vorrichtung. Das Schaltnetzteil 200 ist besonders nützlich als Stromversorgungsvorrichtung für jede Last LD, die geringes Rauschen erfordert (insbesondere, zum Beispiel, geringes Rauschen in einem niederfrequenten Band).
Für jedes beliebige Signal oder jede beliebige Spannung kann das Verhältnis zwischen den hohen und den niedrigen Pegeln gegenüber der obigen Beschreibung umgekehrt werden, solange dies nicht dem technischen Konzept der hier offengelegten Informationen widerspricht.
Sofern keine Unannehmlichkeiten auftreten, kann jeder der oben genannten Transistoren von jedem Typ sein. So kann beispielsweise jeder der oben als MOSFET bezeichneten Transistoren durch einen Sperrschicht-FET, einen IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) oder einen Bipolartransistor ersetzt werden, sofern keine Unannehmlichkeiten auftreten. Jeder Transistor hat eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Steuerelektrode. Bei einem FET ist eine der beiden Elektroden die Drain-Elektrode und die andere die Source-Elektrode, und die Steuerelektrode ist das Gate. Bei einem IGBT ist eine der ersten und zweiten Elektroden der Kollektor und die andere der Emitter, und die Steuerelektrode ist das Gate. Bei einem bipolaren Transistor, der nicht als IGBT klassifiziert ist, ist von der ersten und zweiten Elektrode eine der Kollektor und die andere der Emitter, und die Steuerelektrode ist die Basis.
Wenn in der vorliegenden Offenbarung eine erste physikalische Größe und eine zweite physikalische Größe als gleich bezeichnet werden, ist ein Fehler möglich. Das heißt, immer wenn eine erste physikalische Größe und eine zweite physikalische Größe als gleich bezeichnet werden, bedeutet dies, dass die Entwicklung oder Herstellung mit dem Ziel erfolgt, die erste und die zweite physikalische Größe gleich zu machen; selbst wenn also in Wirklichkeit ein Fehler zwischen der ersten und der zweiten physikalischen Größe besteht, sind diese als gleich zu verstehen. Dies gilt auch für alles andere als physikalische Größen.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in vielerlei Hinsicht modifiziert werden, ohne den Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten technischen Konzepte zu verlassen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele dafür, wie die vorliegende Offenbarung umgesetzt werden kann, und die Bedeutung der Begriffe, die zur Beschreibung des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung und ihrer Bestandteile verwendet werden, ist nicht auf das beschränkt, was im Zusammenhang mit den Ausführungsformen erwähnt wird. Die spezifischen Werte, die in der obigen Beschreibung erwähnt werden, sind lediglich beschreibend und können selbstverständlich auf andere Werte geändert werden.
<< Anmerkungen >>
Nachfolgend finden Sie ergänzende Hinweise zu den hierin dargelegten Informationen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Signalerzeugungsschaltung: eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Bezugsspannung zu erzeugen; eine Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Rampenspannung zu erzeugen, die innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs variiert; und eine Vergleichsschaltung, die eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Bezugsspannung und der Rampenspannung angibt. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung gibt der Bezugsspannung die Wellenform einer Dreieckswelle und variiert die Frequenz der Dreieckswelle. (Eine erste Konfiguration.)
In der Signalerzeugungsschaltung der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann die Vergleichsschaltung eine spezielle Änderung im Vergleichsergebnissignal erzeugen, wenn die Rampenspannung von einem Zustand, der niedriger als die Bezugsspannung ist, in einen Zustand übergeht, der höher als die Bezugsspannung ist. Die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung kann wiederholt einen Einheitsbetrieb durchführen, bei dem die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung von einer vorbestimmten unteren Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Anstiegsgradienten erhöht und, wenn die besondere Änderung im Vergleichsergebnissignal auftritt, die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung monoton mit einem vorbestimmten Abfallgradienten in Richtung der unteren Grenzspannung erniedrigt. (Eine zweite Konfiguration.)
In der Signalerzeugungsschaltung der oben beschriebenen ersten Konfiguration kann die Vergleichsschaltung eine spezielle Änderung im Vergleichsergebnissignal erzeugen, wenn die Rampenspannung von einem Zustand, der höher als die Bezugsspannung ist, in einen Zustand übergeht, der niedriger als die Bezugsspannung ist. Die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung kann wiederholt einen Einheitsbetrieb durchführen, bei dem die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung von einer vorbestimmten oberen Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Abfallgradienten absenkt und, wenn die besondere Änderung im Vergleichsergebnissignal auftritt, die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung in Richtung auf die obere Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Anstiegsgradienten erhöht. (Eine dritte Konfiguration.)
In der Signalerzeugungsschaltung einer der oben beschriebenen ersten bis dritten Konfigurationen kann die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung die Bezugsspannung durch Modulation einer vorbestimmten Gleichspannung erzeugen, indem sie sequentiell eine Vielzahl von Rechteckwellensignalen mit gegenseitig unterschiedlichen Frequenzen verwendet. (Eine vierte Konfiguration.)
In der Signalerzeugungsschaltung einer der oben beschriebenen ersten bis dritten Konfigurationen kann die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung die Frequenz der Dreieckswelle variieren, indem sie der Dreieckswelle in der Bezugsspannung eine Frequenz gibt, die der Frequenz eines Taktsignals entspricht, und die Frequenz des Taktsignals moduliert. (Eine fünfte Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Schalteinrichtung: die Signalerzeugungsschaltung einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Konfigurationen; einen Schalttransistor; und eine Schaltsteuerschaltung, die eingerichtet ist, den Schalttransistor basierend auf dem Vergleichsergebnissignal zu schalten. (Eine sechste Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Schalteinrichtung: die Signalerzeugungsschaltung der oben beschriebenen zweiten oder dritten Konfiguration; einen Schalttransistor; und eine Schaltsteuerschaltung, die eingerichtet ist den Schalttransistor basierend auf dem Vergleichsergebnissignal zu schalten. Die Schaltsteuerschaltung schaltet den Schalttransistor in Reaktion auf die spezielle Änderung des Vergleichsergebnissignals ein oder aus. (Eine siebte Konfiguration.)
In der Schalteinrichtung der oben beschriebenen siebten Konfiguration kann die Schaltsteuerschaltung den Schaltvorgang wiederholen, bei dem die Schaltsteuerschaltung als Reaktion auf die spezielle Änderung des Vergleichsergebnissignals den Schalttransistor von dem einen in den anderen der Ein- und Aus-Zustände schaltet und danach als Reaktion auf die Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung den Schalttransistor von dem anderen zurück in den einen der Ein- und Aus-Zustände schaltet. (Eine achte Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Schaltnetzteil, das zum Erzeugen einer Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung eingerichtet ist, die Schalteinrichtung der oben beschriebenen achten Konfiguration. Der Schalttransistor ist zwischen einem Anschluss, an den die Eingangsspannung angelegt wird, und einem Anschluss angeordnet, der auf der Seite des niedrigeren Potentials in Bezug auf den Anschluss, an den die Eingangsspannung angelegt wird, vorgesehen ist. Durch den Schaltvorgang wird die Eingangsspannung einer Stromumwandlung unterzogen, um die Ausgangsspannung zu erzeugen. (Eine neunte Konfiguration.)
Bezugszeichenliste

1: Schalteinrichtung
2: Signalerzeugungsschaltung
10: Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung
20: Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung
30: Vergleichsschaltung
40: Schaltsteuerschaltung
50: Schalttransistor
110: Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung
111: Rechteckwellen-Speiseschaltung
112: Modulator
111a: Rechteckwellengenerator
111a_1: Zähler
111b: Selektor
120: Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung
121: Takt-Modulator
122: Logikschaltung
123: Referenzgenerator
VREF: Bezugsspannung
VRAMP: Rampenspannung
S1: Signal (Vergleichsergebnissignal)

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

JP 2017060383 A [0004]

Claims

Signalerzeugungsschaltung, umfassend: eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Bezugsspannung zu erzeugen; eine Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung, die eingerichtet ist, eine Rampenspannung zu erzeugen, die innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs variiert; und eine Vergleichsschaltung, die eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das eine Größenbeziehung zwischen der Bezugsspannung und der Rampenspannung anzeigt, wobei die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung der Bezugsspannung die Wellenform einer Dreieckswelle gibt und die Frequenz der Dreieckswelle variiert.
Signalerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Vergleichsschaltung eine spezielle Änderung des Vergleichsergebnissignals erzeugt, wenn die Rampenspannung von einem Zustand unterhalb der Bezugsspannung in einen Zustand oberhalb der Bezugsspannung übergeht, und die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung wiederholt einen Einheitsbetrieb durchführt, bei dem die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung von einer vorbestimmten unteren Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Anstiegsgradienten erhöht und, wenn die spezielle Änderung in dem Vergleichsergebnissignal auftritt, die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung in Richtung der unteren Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Abfallgradienten erniedrigt.
Signalerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Vergleichsschaltung eine spezielle Änderung des Vergleichsergebnissignals erzeugt, wenn die Rampenspannung von einem Zustand höher als die Bezugsspannung in einen Zustand niedriger als die Bezugsspannung übergeht, und die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung wiederholt einen Einheitsbetrieb durchführt, bei dem die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung von einer vorbestimmten oberen Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Abfallgradienten absenkt und, wenn die spezielle Änderung in dem Vergleichsergebnissignal auftritt, die Rampenspannungs-Erzeugungsschaltung die Rampenspannung in Richtung der oberen Grenzspannung monoton mit einem vorbestimmten Anstiegsgradienten erhöht.
Signalerzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung die Bezugsspannung durch Modulation einer vorbestimmten Gleichspannung unter sequentieller Verwendung einer Vielzahl von Rechteckwellensignalen mit voneinander verschiedenen Frequenzen erzeugt.
Signalerzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung die Frequenz der Dreieckswelle variiert, indem sie der Dreieckswelle in der Bezugsspannung eine Frequenz gibt, die einer Frequenz eines Taktsignals entspricht, und die Frequenz des Taktsignals moduliert.
Schalteinrichtung, umfassend: die Signalerzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einen Schalttransistor; und eine Schaltsteuerschaltung, die eingerichtet ist, den Schalttransistor anhand des Vergleichsergebnissignals zu schalten.
Schalteinrichtung, umfassend: die Signalerzeugungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3; einen Schalttransistor; und eine Schaltsteuerschaltung, die eingerichtet ist, den Schalttransistor anhand des Vergleichsergebnissignals zu schalten, wobei der Schaltsteuerkreis den Schalttransistor in Reaktion auf die spezielle Änderung des Vergleichsergebnissignals ein oder ausschaltet.
Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltsteuerkreis wiederholt einen Schaltvorgang, bei dem der Schaltsteuerkreis als Reaktion auf die spezielle Änderung des Vergleichsergebnissignals den Schalttransistor von dem einen in den anderen der Ein- und Aus-Zustände schaltet und danach als Reaktion auf die Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung den Schalttransistor von dem anderen zurück in den einen der Ein- und Aus-Zustände schaltet.
Schaltnetzteil, das zum Erzeugen einer Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung eingerichtet ist, umfassend: die Schalteinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Schalttransistor zwischen einem Anschluss, an den die Eingangsspannung angelegt wird, und einem Anschluss angeordnet ist, der in Bezug auf den Anschluss, an den die Eingangsspannung angelegt wird, auf einer Seite mit niedrigerem Potential vorgesehen ist, und die Eingangsspannung durch den Schaltvorgang einer Leistungsumwandlung unterzogen wird, um die Ausgangsspannung zu erzeugen.