DE202012102994U1

DE202012102994U1 - Stromumwandlungs-Regelungsschaltung

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Publication number: DE202012102994U1
Application number: DE202012102994U
Authority: DE
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2012-11-27
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: US20130113445A1; CN203151378U; US8912770B2

Abstract

Stromumwandlungsschaltung, die umfasst: einen Stromwandler, der einen Stromeingang, der mit einer Stromquelle gekoppelt ist, einen Ausgang, der mit einer Last gekoppelt ist, und einen Steuereingang umfasst, wobei der Stromwandler so konfiguriert ist, dass er eine Eingangsspannung an dem Stromeingang auf Basis des Steuereingangs in eine Ausgangsspannung an dem Ausgang umwandelt; eine erste Rückkopplungsschaltung, die zwischen den Ausgang des Stromwandlers und den Steuereingang des Stromwandlers geschaltet ist, wobei die erste Rückkopplungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie bei einer ersten Bandbreite arbeitet; eine zweite Rückkopplungsschaltung, die zwischen die Last und die erste Rückkopplungsschaltung geschaltet ist, wobei die zweite Rückkopplungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie bei einer zweiten Bandbreite arbeitet, die niedriger ist als die erste Bandbreite, und die zweite Rückkopplungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Soll-Spannung zu der ersten Rückkopplungsschaltung mit einer Änderungsrate ändert, bis eine Ziel-Spannung an der Last erfasst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen elektronische Einrichtungen und insbesondere Strom umwandlungsschaltungen.
Hintergrund
Bei herkömmlichen Stromumwandlern wird eine Eingangsspannung Vin in eine andere Ausgangsspannung Vout umgewandelt. Die Ausgangsspannung Vout wird mittels einer Rückkopplungsschaltung gesteuert. Die Rückkopplungsschaltung erfasst eine Rückkopplungs-Spannung Vfb, die zu dem Ausgang gekoppelt wird, und stellt dem Stromwandler ein Signal zum Anpassen bereit, um die Rückkopplungs-Spannung Vfb näher an eine Bezugsspannung Vref zu bringen. Der Stromwandler reguliert durch Erhöhen oder Absenken von Vout. Die Ausgangsspannung Vout wird an eine Last angelegt. Für einige Einsatzzwecke ist es sinnvoll, je nach verschiedenen Bedingungen eine andere Spannung Vout an die Last anzulegen. Wenn sich beispielsweise die Temperatur der Last ändert, kann durch Anpassen der Ausgangsspannung die Stromausbeute (power efficiency) der Last verbessert werden.
Zusammenfassung
Offenbart wird eine Stromumwandlungsschaltung aus zwei Rückkopplungsschleifen, die eine Regelungsschaltung zum Anheben oder Absenken einer Soll-Spannung zu einer Last (beispielsweise LED) enthält. Die zweite Rückkopplungsschleife speist die erste Rückkopplungsschleife, und die zweite Rückkopplungsschleife arbeitet bei einer niedrigeren Bandbreite als die erste Rückkopplungsschleife. Wenn die Soll-Spannung angehoben oder abgesenkt wird, kommt es aufgrund von Verzögerung in dem System zu Spannungsüberschwingen. Das Überschwingen kann durch eine abschließende Regulierung der Soll-Spannung kompensiert werden.
Mit bestimmten Umsetzungsformen einer Regelungsschaltung zum Anheben oder Absenken einer Soll-Spannung kann/können einer oder mehrere der folgenden Vorteile erbracht werden: 1) Die Spannung an der Last kann in kürzerer Zeit auf eine Ziel-Spannung gebracht werden; 2) Die Last kann in kurzer Zeit hochgefahren werden; 3) Elektronische Komponenten können vor Beschädigung durch zu hohe Spannungen geschützt werden, indem die Spannung an der Last schnell reduziert wird; 4) Der Stromverbrauch kann reduziert werden, indem die Spannung an der Last nahe an einer Ziel-Spannung gehalten wird; 5) Spannungsüberschwingen kann beim Anheben oder Absenken der Soll-Spannung reduziert werden; und 6) Gute Leistungsfaktor-Korrektur (power factor correction) kann erzielt werden.
Die Details einer oder mehrerer offenbarter Umsetzungsform/en sind in den beigefügten Zeichnung sowie der folgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aspekte und Vorteile werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Schutzansprüchen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ein Blockschaltbild einer beispielhaften Stromumwandlungsschaltung.
1B ist ein Blockschaltbild der beispielhaften Stromumwandlungsschaltung, die zwei Rückkopplungsschleifen, d. h. Schleife 1 (loop1) und Schleife 2 (loop2), zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses, der durch die Regelungsschaltung im normalen Betrieb durchgeführt wird.
3 ist ein beispielhaftes Spannungsdiagramm für einen Anhebe-Modus der Regelungsschaltung.
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses, der durch die Regelungsschaltung während eines Anhebe-Modus durchgeführt wird.
5 ist ein beispielhaftes Spannungsdiagramm für eine Absenk-Modus der Regelungsschaltung.
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses, der durch die Regelungsschaltung während eines Absenk-Modus durchgeführt wird.
Ausführliche Beschreibung
Beispielhafte Stromumwandlungsschaltung
1A ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Stromumwandlungsschaltung 100. Die Stromumwandlungsschaltung 100 enthält einen Stromwandler 102, der dazu dient, eine Gruppe aus einer oder mehreren Leuchtdiode/n (LED) 104 zu speisen. Obwohl LED 104 dargestellt sind, kann die Stromumwandlungsschaltung 100 eingesetzt werden, um jede beliebige geeignete elektrische Last zu speisen.
Der Stromwandler 102 enthält einen Stromeingang, der mit einer Stromquelle gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit der Gruppe von LED 104 gekoppelt ist. Der Stromwandler 102 ist so konfiguriert, dass er eine Eingangsspannung Vin an dem Stromeingang in eine Ausgangsspannung Vout an dem Ausgang umwandelt. Die Umwandlung basiert auf einem an einem Steuereingang empfangenen Signal, das beispielsweise angeben kann, ob Vout relativ zu Vin erhöht oder verringert werden sollte.
1B ist ein Blockschaltbild der beispielhaften Stromumwandlungsschaltung 100, das zwei Rückkopplungsschleifen, d. h. loop1 und loop2, zeigt. Die erste Rückkopplungsschleife, loop1, ist in einer ersten Rückkoppungsschaltung implementiert, die zwischen den Ausgang des Stromwandlers 102 und den Steuereingang des Stromwandlers geschaltet ist.
Die erste Rückkopplungsschaltung enthält ein Widerstandsnetz aus einem Widerstand oder mehreren Widerständen (beispielsweise, wie dargestellt, Widerstände Ra und Rb), das mit dem Ausgang des Stromwandlers 102 gekoppelt ist. Die erste Rückkopplungsschaltung enthält des Weiteren einen Komparator 106. Der Komparator 106 hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Einer der Eingänge des Komparators ist mit dem Ausgang des Stromwandlers 102 gekoppelt. Der Eingang kann z. B. mit dem Ausgang über das Widerstandsnetz, beispielsweise zwischen zwei Widerständen Ra und Rb und einem Erd-Knoten an einem Rückkoppelungsknoten Vfb, gekoppelt sein. Der andere der Eingänge des Komparators ist mit einer Bezugsspannung Vref1 gekoppelt. Der Ausgang des Komparators ist mit dem Steuereingang des Stromwandlers 102 gekoppelt.
In Funktion vergleicht die erste Rückkopplungsschaltung die Spannung an dem Rückkoppelungsknoten Vfb mit der Bezugsspannung Vref1. Die erste Rückkopplungsschaltung stellt dem Stromwandler 102 ein Steuersignal bereit, auf das hin Vout erhöht wird, wenn Vfb niedriger ist Vref1, und Vout verringert wird, wenn Vfb höher ist als Vref1. Die Rückkopplungs-Spannung Vfb ist die durch das Widerstandsnetz und die zweite Rückkopplungsschleife loop2 modifizierte Ausgangsspannung Vout.
Die zweite Rückkopplungsschleife, loop2, ist in einer zweiten Rückkopplungsschaltung implementiert, die zwischen die Last (LED 104) und die erste Rüclkkopplungsschaltung geschaltet ist. Die zweite Rückkopplungsschaltung enthält eine Regelungsschaltung 108. Die Regelungsschaltung 108 enthält einen Erfassungs-Eingang, der mit der Gruppe von LED 104 gekoppelt ist, und einen Steuer-Ausgang, der mit dem Rückkoppelungsknoten Vfb der ersten Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist. Die Regelungsschaltung 108 kann beispielsweise als eine digitale Logikschaltung implementiert sein. Die zweite Rückkopplungsschaltung enthält des Weiteren eine Stromquellenschaltung zwischen der Gruppe von LED 104 und einem Erd-Knoten.
Es kann jede beliebige Stromquellenschaltung in der Stromumwandlungsschaltung eingesetzt werden. Die in 1B dargestellte Stromquellenschaltung enthält einen Feldeffekttransistor (FET) 110. Der FET 110 enthält ein Gate, eine Source und einen Drain. Die Strom quellenschaltung enthält des Weiteren einen Komparator 112. Der Komparator 112 enthält einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang. Der erste Eingang des Komparators 112 ist mit der Source des FET 110 gekoppelt. Der zweite Eingang des Komparators 112 ist mit einer Bezugsspannung Vref2 gekoppelt. Der Komparator-Ausgang ist mit dem Gate des FET 110 gekoppelt. Der Drain des FET 110 ist mit den LED 104 gekoppelt. Ein Widerstand Rs ist zwischen die Source des FET 110 und einen Erd-Knoten geschaltet. Die Stromquelle hält den durch die LED 104 fließenden Strom konstant und auf Vref2/Rs.
Der Erfassungs-Eingang der Regelungsschaltung 108 kann direkt oder indirekt mit den LED 104 gekoppelt sein. Beispielsweise ist, wie in 1B dargestellt, der Erfassungs-Eingang der Regelungsschaltung 108 direkt mit dem Drain des FET 110 gekoppelt. Als Alternative dazu kann der Erfassungs-Eingang der Regelungsschaltung 108 direkt mit dem Gate des FET 110 gekoppelt sein.
In Funktion stellt die zweite Rückkopplungsschaltung dem Stromwandler 102 zusätzliche Rückkopplung zum Anpassen von Vout bereit. Die zusätzliche Rückkopplung dient dazu, die Spannung an dem Drain oder dem Gate des FET 110 zu regulieren, und dient so dazu, den Strom zu regulieren, der durch die LED 104 fließt. Beispielsweise kann die zweite Rückkopplungsschaltung so konfiguriert sein, dass sie die Spannung Vd an dem Drain des FET 110 auf eine bestimmte Spannung, Voptimal, reguliert.
Spannung Vdoptimal kann so ausgewählt werden, dass sie exakt hoch genug ist, um den FET 110 in seinem Sättigungsbereich arbeiten zu lassen. Wenn sich die Temperatur der Schaltung ändert, ändert sich die Durchlassspannung der LED, so dass Vd höher oder niedriger wird als Vdoptimal. Wenn Vd niedriger ist als Vdoptimal, kann der FET 110 in seinem Triodenbereich arbeiten, so dass der durch den FET 110 und damit die LED 104 fließende Strom abnehmen kann, statt konstant gehalten zu werden. In diesem Fall kann die zweite Rückkopplungsschaltung Strom von der ersten Rückkopplungsschaltung ziehen (beispielsweise an dem Rückkoppelungsknoten Vfb), um Vout zu erhöhen, bis Vd Vdoptimal gleich oder ungefähr gleich ist.
Wenn Vd höher ist als Vdoptimal, kann eine Spannung, die höher ist als notwendig, an dem FET 110 fallen, so dass aufgrund hoher Verlustleistung Strom verschwendet und der FET 110 potenziell beschädigt werden kann. In diesem Fall kann die zweite Rückkopplungsschaltung der ersten Rückkopplungsschaltung Strom zuführen (beispielsweise an dem Rückkoppelungsknoten Vfb), um Vout zu verringern, bis Vd Vdoptimal gleich oder ungefähr gleich ist.
Die erste Rückkopplungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie bei einer ersten Bandbreite arbeitet, und die zweite Rückkopplungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie bei einer zweiten Bandbreite arbeitet. Die Bandbreite einer Rückkopplungsschaltung ist ein Maß dafür, wie schnell sich ein Signal durch die Schaltung ausbreiten kann, und kann beispielsweise in Hertz gemessen werden. Bei der beispielhaften Stromumwandlungsschaltung 100 ist die zweite Bandbreite niedriger als die erste Bandbreite. Um Stabilität in der Stromumwandlungsschaltung 100 zu erzielen, kann die zweite Bandbreite erheblich niedriger sein als die erste Bandbreite.
Beispielsweise basiert für bestimmte Einsatzzwecke die Bandbreite der ersten Rückkopplungsschaltung auf einer Bandbreite an der Stromquelle, die das öffentliche Stromversorgungsnetz sein kann. Der Stromwandler kann eine niedrige Bandbreite haben, um gute Leistungsfaktorkorrektur zu erreichen. Ein einstufiger Offline-Stromwandler mit Leistungsfaktorkorrektur kann eine niedrige Bandbreite haben, so beispielsweise 10 Hz bis 20 Hz, um einen guten Leistungsfaktor zu erzielen. Für den Einsatz mit einem derartigen Stromwandler kann die zweite Rückkopplungsschaltung bei einer Bandbreite arbeiten, die erheblich niedriger ist als die Bandbreite der ersten Rückkopplungsschaltung.
Üblicherweise basiert die Bandbreite der zweiten Rückkopplungsschaltung auf der Funktion der Regelungsschaltung 108. Beispielsweise kann die Regelungsschaltung 108 die Spannung an ihrem Steuer-Ausgang zu dem Rückkoppelungsknoten Vfb in kleinen Schritten ändern und eine lange Zeit (lang im Verhältnis zu der Bandbreite der ersten Rückkopplungsschaltung) warten, bevor sie diese Spannung wieder anpasst.
Die Regelungsschaltung 108 kann in verschiedenen Modi arbeiten, wobei dazu beispielsweise ein Normal-Modus, ein Anhebe-Modus und ein Absenk-Modus gehören. 2 beschreibt die Funktionsschritte der Regelungsschaltung 108 in dem Normal-Modus. 3–4 beschreiben den Anhebe-Modus. 5–6 beschreiben den Absenk-Modus.
Flussdiagramm für Normal-Modus
2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses, der durch die Regelungsschaltung 108 bei normalem Betrieb durchgeführt wird.
Die Regelungsschaltung erfasst die Spannung an ihrem Erfassungs-Eingang (Schritt 202). Die erfasste Spannung kann beispielsweise die Spannung an dem Drain oder dem Gate des FET 110 in 1 sein. Die Regelungsschaltung vergleicht die erfasste Spannung mit einer Ziel-Spannung (Schritt 204). Die Ziel-Spannung kann beispielsweise die Spannung Vdoptimal sein, die wie oben beschrieben ausgewählt wird.
Wenn die erfasste Spannung höher ist als die Ziel-Spannung, verringert die Regelungsschaltung eine Soll-Spannung an ihrem Steuer-Ausgang (Schritt 206). Wenn die erfasste Spannung niedriger ist als die Ziel-Spannung, erhöht die Regelungsschaltung die Soll-Spannung an ihrem Steuer-Ausgang (Schritt 208). Die Regelungsschaltung wartet eine bestimmte Zeit (Schritt 210). Die Zeit kann beispielsweise so ausgewählt werden, dass sich die erste Rückkopplungsschleife einschwingen kann, so dass die Stromumwandlungsschaltung 100 stabil ist. Bei einigen Umsetzungsformen beträgt, wenn beispielsweise der Stromwandler 102 eine Transitfrequenz (unit gain bandwith) von 10 Hz oder mehr hat, die bestimmte Zeit 100 ms.
In dem Normal-Modus kann, da die Regelungsschaltung zwischen Anpassungsvorgängen die bestimmte Zeit abwartet, die Regelungsschaltung die Soll-Spannung nicht sehr schnell anpassen. In einigen Fällen ist es sinnvoll, die Soll-Spannung schneller anzupassen, als dies im Normal-Modus möglich ist. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, die Soll-Spannung beim Hochfahren des Systems schnell zu erhöhen, und es kann sinnvoll sein, die Soll-Spannung schnell zu verringern, wenn der FET 110 aufgrund von zu starker Energieabstrahlung Gefahr läuft durchzubrennen. In diesen Situationen kann die Regelungsschaltung in einem Anhebe-Modus oder einem Absenk-Modus arbeiten.
Anhebe-Spannungsdiagramm
3 ist ein beispielhaftes Spannungsdiagramm für einen Anhebe-Modus der Regelungsschaltung 108. Die Spannung ist auf der vertikalen Achse dargestellt, und die Zeit ist auf der horizontalen Achse dargestellt. Der Anhebe-Modus kann beispielsweise beim Hochfahren der Stromumwandlungsschaltung sinnvoll sein.
Eine erste Kurve 302 stellt die Soll-Spannung Vdc an dem Steuer-Ausgang der Regelungsschaltung 108 dar. Eine zweite Kurve 304 stellt die erfasste Spannung an dem Erfassungs-Eingang der Regelungsschaltung 108 dar. Bei diesem Beispiel ist die erfasste Spannung die Spannung Vd an dem Drain des FET 110, die erfasste Spannung kann jedoch eine andere Spannung sein, so beispielsweise die Spannung an dem Gate des FET 110.
Die Regelungsschaltung 108 hebt, wie mit der ersten Kurve 302 dargestellt, die Soll-Spannung Vdc Vdc von einer anfänglichen niedrigen Soll-Spannung auf eine hohe Spannung an, bis die erfasste Spannung Vd einer Ziel-Spannung gleich ist. Bei diesem Beispiel ist die Ziel-Spannung die oben beschriebene Spannung Vdoptimal. Wenn die erfasste Spannung Vd Vdoptimal gleich oder annähernd gleich ist, wird das Anheben unterbrochen.
Da eine Verzögerung in der ersten Rückkopplungsschaltung vorhanden ist, folgt die erfasste Spannung Vd der der Soll-Spannung Vdc nicht unmittelbar. Die erfasste Spannung Vd folgt, wie mit der zweiten Kurve 304 dargestellt, der Soll-Spannung Vdc nach einer gewissen Verzögerung. So steigt, obwohl die Regelungsschaltung 108 das Anheben beendet, wenn Vd Vdoptimal gleich oder annähernd gleich ist, Vd weiter an, bis sie sich auf einen abschließenden Wert stabilisiert. Die Differenz zwischen dem abschließenden Wert und Vdoptimal ist eine Überschwingspannung Vovershoot. Diese Überschwingspannung kann zusätzlichen Stromverbrauch bewirken, so beispielsweise in dem FET 110, so dass es allgemein sinnvoll ist, Vovershoot auf ein Minimum zu verringern.
Vovershoot variiert auf Basis der Änderungsrate und der Bandbreite der ersten Rückkopplungsschaltung. Wenn die erste Rückkopplungsschaltung als eine Schleife erster Ordnung mit einer sogenannten Unit-Gain-Bandwidth Fugbw, die in Hz angegeben wird, modelliert wird, und die Änderungsrate der Regelungsschaltung 108 eine Konstante K ist, die in Volt pro Sekunde (V/s) angegeben wird, dann gilt Vovershoot = K / 2πFugbw.
Wenn ein bestimmter Wert für Fugbw und ein Zielwert für Vovershoot gegeben sind, kann die Änderungsrate K so ausgewählt werden, dass die Anhebezeit minimiert wird, während gleichzeitig Vovershoot auf oder unter dem Zielwert von Vovershoot gehalten wird. Beispielsweise kann bei einem Stromwandler, bei dem Fugbw 10 Hz oder mehr beträgt, die Änderungsrate K aus ausgewählt werden, dass sie 10 V/s beträgt, wodurch sich ein Wert von Vovershoot ergibt, der 1,6 V oder weniger beträgt.
Am Ende der Anhebung kann die Regelungsschaltung 108 eine abschließende Anpassung der Soll-Spannung Vdc durchführen. Beispielsweise kann die abschließende Anpassung eine bestimmte Verringerung der Soll-Spannung oder eine bestimmte Erhöhung der Soll-Spannung sein. In 3 treffen sich die erste Kurve 302 und die zweite Kurve 304 schließlich bei einer Spannung, die höher ist als Vdoptimal.
Eine bestimmte Verringerung der angewiesenen Vdc kann die erfasste Spannung Vd näher an Vdoptimal bringen.
Anhebe-Flussdiagramm
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 400, der durch die Regelungsschaltung 108 während eines Anhebe-Modus durchgeführt wird.
Die Regelungsschaltung führt Initialisierung durch (Schritt 402). Beispielsweise kann die Regelungsschaltung die angewiesene Schaltung an ihrem Steuer-Ausgang auf einen Anfangswert festlegen, der die minimale Spannung, beispielsweise 0 V sein kann. In einigen Umsetzungsformen wartet die Regelungsschaltung darauf, dass sich die erfasste Spannung stabilisiert, so dass Abweichungen der erfassten Spannung unter einer Schwellenwert-Abweichung liegen. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn der Stromwandler 102 anläuft.
Die Regelungsschaltung erhöht die Soll-Spannung mit einer bestimmten Änderungsrate (Schritt 404). Die bestimmte Änderungsrate kann beispielsweise wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ausgewählt werden. Erhöhen der Soll-Spannung mit der bestimmten Änderungsrate kann beispielsweise einschließen, dass die Soll-Spannung um einen bestimmten Betrag erhöht wird, nachdem eine feste Zeit vergangen ist. Die Regelungsschaltung muss bei dem oben in Bezug auf 2 beschriebenen normalen Modus nicht darauf warten, dass sich die erfasste Spannung stabilisiert, oder die bestimmte Zeit abwarten.
Wenn die Regelungsschaltung die Soll-Spannung erhöht, erfasst die Regelungsschaltung die Spannung an ihrem Erfassungs-Eingang (Schritt 406). Die erfasste Spannung kann beispielsweise die Spannung an dem Drain oder dem Gate des FET 110 in 1 sein. Die Regelungsschaltung vergleicht die erfasste Spannung mit einer Ziel-Spannung (Schritt 408). Die Ziel-Spannung kann beispielsweise die Spannung Vdoptimal sein, die wie oben beschrieben ausgewählt wird.
Wenn die erfasste Spannung niedriger ist als die Ziel-Spannung, erhöht die Regelungsschaltung die Soll-Spannung weiter (zurück zu Schritt 404). Wenn die erfasste Spannung höher ist als oder genauso hoch wie die Ziel-Spannung, beendet die Regelungsschaltung das Erhöhen der Soll-Spannung (Schritt 410). Die Regelungsschaltung führt optional eine abschließende Anpassung der Soll-Spannung, wie beispielsweise oben in Bezug auf 3 beschrieben, durch (Schritt 412). Die Regelungsschaltung beginnt optional, wie beispielsweise oben in Bezug auf 2 beschrieben, in einem Normal-Modus zu arbeiten (Schritt 414).
Absenk-Spannungsdiagramm
5 ist ein beispielhaftes Spannungsdiagramm für einen Absenk-Modus der Regelungsschaltung 108. Die Spannung ist auf der vertikalen Achse dargestellt, und die Zeit ist auf der horizontalen Achse dargestellt. Der Absenk-Modus kann beispielsweise von Nutzen sein, wenn schnell heruntergefahren wird, um Schaden an Teilen der Schaltung zu vermeiden.
Eine erste Kurve 502 stellt die Soll-Spannung an dem Steuer-Ausgang der Regelungsschaltung 108 dar. Eine zweite Kurve 504 stellt die erfasste Spannung an dem Erfassungs-Eingang der Regelungsschaltung 108 dar. Bei diesem Beispiel ist die erfasste Spannung die Spannung Vd an dem Drain des FET 110, die erfasste Spannung kann jedoch eine andere Spannung sein, so beispielsweise die Spannung an dem Gate des FET 110.
Die Regelungsschaltung 108 senkt, wie mit der ersten Kurve 502 gezeigt, die Soll-Spannung Vdc von einer anfänglichen hohen Soll-Spannung auf eine niedrige Spannung ab, bis die erfasste Spannung Vd einer Ziel-Spannung gleich ist. Bei diesem Beispiel ist die Ziel-Spannung die beschriebene Spannung Vdoptimal. Wenn die erfasste Spannung Vd Vdoptimal gleich oder ungefähr gleich ist, wird die Änderung beendet.
Aufgrund der Verzögerung der ersten Rückkopplungsschaltung besteht eine Verzögerung zwischen der Soll-Spannung und der erfassten Spannung, wie dies oben in Bezug auf 3 beschrieben ist. Es gibt des Weiteren eine überschwingende Spannung Vovershoot, die beim Absenken negativ ist.
Absenk-Flussdiagramm
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 600, der durch die Regelungsschaltung 108 während eines Absenk-Modus durchgeführt wird.
Die Regelungsschaltung verringert die Soll-Spannung mit einer bestimmten Änderungsrate (Schritt 402). Beispielsweise kann die bestimmte Änderungsrate wie oben in Bezug auf 3 beschrieben ausgewählt werden. Verringern der Soll-Spannung mit der bestimmten Änderungsrate kann beispielsweise einschließen, dass die Soll-Spannung um einen bestimmten Betrag verringert wird, nachdem eine feste Zeit vergangen ist. Die Regelungsschaltung muss bei dem oben in Bezug auf 2 beschriebenen Normal-Modus nicht darauf warten, dass sich die erfasste Spannung stabilisiert, oder die bestimmte Zeit abwarten.
Wenn die Regelungsschaltung die Soll-Spannung verringert, erfasst die Regelungsschaltung die Spannung an ihrem Erfassungs-Eingang (Schritt 604). Die erfasste Spannung kann beispielsweise die Spannung an dem Drain oder dem Gate des FET 110 in 1 sein. Die Regelungsschaltung vergleicht die erfasste Spannung mit einer Ziel-Spannung (Schritt 606). Die Ziel-Spannung kann beispielsweise die Spannung Vdoptimal sein, die wie oben beschrieben ausgewählt wird.
Wenn die erfasste Spannung höher ist als die Ziel-Spannung, erhöht die Regelungsschaltung die Soll-Spannung weiter (zurück zu Schritt 602). Wenn die erfasste Spannung höher ist als oder genauso hoch wie die Ziel-Spannung, beendet die Regelungsschaltung das Verringern der Soll-Spannung (Schritt 608). Die Regelungsschaltung führt optional eine abschließende Anpassung der Soll-Spannung durch, wie dies beispielsweise oben in Bezug auf 3 beschrieben ist (Schritt 610). Die Regelungsschaltung beginnt optional, in einem Normal-Modus zu arbeiten (Schritt 612). wie dies oben in Bezug auf 2 beschrieben ist.
Obwohl das vorliegende Dokument viele spezifische Umsetzungsdetails beinhaltet, sollten diese nicht als den zu beanspruchenden Schutzumfang einschränkend, sondern als Beschreibung von Merkmalen verstanden werden, die spezifisch für bestimmte Ausführungsformen sein können. Bestimmte Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder beliebigen geeigneten Teilkombination implementiert werden. Des Weiteren kann/können, obwohl oben Merkmale möglicherweise als in bestimmten Kombinationen wirksam beschrieben oder selbst als solche umfänglich beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmal/e in einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgetrennt werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Teilkombination oder eine Abwandlung einer Teilkombination beziehen.

Claims

Stromumwandlungsschaltung, die umfasst: einen Stromwandler, der einen Stromeingang, der mit einer Stromquelle gekoppelt ist, einen Ausgang, der mit einer Last gekoppelt ist, und einen Steuereingang umfasst, wobei der Stromwandler so konfiguriert ist, dass er eine Eingangsspannung an dem Stromeingang auf Basis des Steuereingangs in eine Ausgangsspannung an dem Ausgang umwandelt; eine erste Rückkopplungsschaltung, die zwischen den Ausgang des Stromwandlers und den Steuereingang des Stromwandlers geschaltet ist, wobei die erste Rückkopplungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie bei einer ersten Bandbreite arbeitet; eine zweite Rückkopplungsschaltung, die zwischen die Last und die erste Rückkopplungsschaltung geschaltet ist, wobei die zweite Rückkopplungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie bei einer zweiten Bandbreite arbeitet, die niedriger ist als die erste Bandbreite, und die zweite Rückkopplungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Soll-Spannung zu der ersten Rückkopplungsschaltung mit einer Änderungsrate ändert, bis eine Ziel-Spannung an der Last erfasst wird.
Stromumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Rückkopplungsschaltung umfasst: ein Widerstandsnetz, das mit dem Ausgangs des Stromwandlers gekoppelt ist; und einen Komparator, der einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Komparator-Ausgang umfasst; wobei der erste Eingang des Komparators mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, der zweite Eingang des Komparators mit dem Widerstandsnetz gekoppelt ist, und der Komparator-Ausgang mit dem Steuereingang des Stromwandlers gekoppelt ist.
Stromumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite Rückkopplungsschaltung umfasst: eine Regelungsschaltung, die zwischen die Last und die erste Rückkopplungsschaltung geschaltet ist; und eine Stromquellenschaltung, die mit der Last und der Regelungsschaltung gekoppelt ist.
Stromumwandlungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Stromquellenschaltung umfasst: einen Feldeffekt-Transistor, der ein Gate, eine Source und einen Drain umfasst; und einen Komparator, der einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Komparator-Ausgang umfasst; und wobei der erste Eingang des Komparators mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, der zweite Eingang des Komparators mit der Source des Feldeffekt-Transistors gekoppelt ist, der Komparator-Ausgang mit dem Gate des Feldeffekt-Transistors gekoppelt ist und der Drain mit der Last gekoppelt ist.
Stromumwandlungsschaltung nach Anspruch 4, wobei die Regelungsschaltung direkt mit dem Drain des Feldeffekt-Transistors oder dem Gate des Feldeffekt-Transistors verbunden ist.
Stromumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite Rückkopplungsschaltung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie eine abschließende Anpassung der Soll-Spannung durchführt, nachdem die Ziel-Spannung an der Last erfasst wird.
Stromumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite Rückkopplungsschaltung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie nach Erfassen der Ziel-Spannung an der Last in einem Normal-Modus arbeitet, wobei dies einschließt, dass sie Funktionsschritte durchführt, die umfassen: Vergleichen der erfassten Spannung mit der Ziel-Spannung, Anpassen der Soll-Spannung und Abwarten einer bestimmten Zeit, um zuzulassen, dass sich die erfasste Spannung stabilisiert, bevor die Soll-Spannung erneut angepasst wird.
Regelungsschaltung für eine zweite Rückkopplungsschaltung, wobei die Regelungsschaltung so eingerichtet ist, dass sie eine Soll-Spannung an einem Soll-Ausgang auf einen Anfangswert festlegt, wobei der Soll-Ausgang mit einer ersten Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, die erste Rückkopplungsschaltung mit einem Stromwandler gekoppelt ist und der Stromwandler mit einer Last gekoppelt ist; die Soll-Spannung mit einer Änderungsrate ändert; eine erfasste Spannung an einem Erfassungs-Eingang erfasst, der mit der Last gekoppelt ist; und die Soll-Spannung mit der Änderungsrate ändert, bis die erfasste Spannung eine Ziel-Spannung erreicht, wobei die Änderungsrate so gewählt wird, dass die erfasste Spannung von der Soll-Spannung um einen Betrag innerhalb eines Bereiches abweicht.
Regelungsschaltung nach Anspruch 8, wobei Ändern der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung eine Ziel-Spannung erreicht, umfasst: Erhöhen der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung höher ist als oder ungefähr genauso hoch wie die Ziel-Spannung; oder Verringern der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung niedriger ist als oder ungefähr genauso hoch wie die Ziel-Spannung.
Regelungsschaltung nach Anspruch 8, die des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie eine abschließende Anpassung der Soll-Spannung durchführt.
Regelungsschaltung nach Anspruch 9, wobei Durchführen der abschließenden Anpassung umfasst, dass die Soll-Spannung um einen bestimmten Betrag verringert wird oder die Soll-Spannung um den bestimmten Betrag erhöht wird.
Regelungsschaltung nach Anspruch 8, die des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie nachdem die erfasste Spannung die Ziel-Spannung erreicht hat, in einem Normal-Modus arbeitet, der einschließt, dass die erfasste Spannung mit der Ziel-Spannung verglichen wird, die Soll-Spannung angepasst wird und eine bestimmte Zeit gewartet wird, um zuzulassen, dass sich die erfasste Spannung stabilisiert, bevor die Soll-Spannung erneut angepasst wird.
Regelungsschaltung nach Anspruch 8, die des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie: vor dem Einstellen der Soll-Spannung auf den Anfangswert wartet, bis die erfasste Spannung stabil ist.
Regelungsschaltung nach Anspruch 8, wobei die erste Rückkopplungsschaltung zwischen einen Ausgang des Stromwandlers und einen Steuereingang des Stromwandlers gekoppelt ist.
Regelungsschaltung nach Anspruch 8, wobei die erste Rückkopplungsschaltung umfasst: ein Widerstandsnetz, das mit dem Ausgangs des Stromwandlers gekoppelt ist; und einen Komparator, der einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Komparator-Ausgang umfasst; wobei der erste Eingang des Komparators mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, der zweite Eingang des Komparators mit dem Widerstandsnetz gekoppelt ist, und der Komparator-Ausgang mit dem Steuereingang des Stromwandlers gekoppelt ist.
Regelungsschaltung, die umfasst: einen Erfassungs-Eingang und einen Soll-Ausgang, wobei der Erfassungs-Eingang so konfiguriert ist, dass er mit einer Last gekoppelt ist, und der Soll-Ausgang so konfiguriert ist, dass er mit einer ersten Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist; und eine digitale Logikschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie Funktionsschritte durchführt, die umfassen: Festlegen einer Soll-Spannung an einem Soll-Ausgang auf einen Anfangswert, wobei der Soll-Ausgang mit einer ersten Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, die erste Rückkopplungsschaltung mit einem Stromwandler gekoppelt ist und der Stromwandler mit einer Last gekoppelt ist; Ändern der Soll-Spannung mit einer Änderungsrate; Erfassen einer erfassten Spannung an einem Erfassungs-Eingang, der mit der Last gekoppelt ist; und Ändern der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung eine Ziel-Spannung erreicht, wobei die Änderungsrate so gewählt wird, dass die erfasste Spannung von der Soll-Spannung um einen Betrag innerhalb eines Bereiches abweicht.
Regelungsschaltung nach Anspruch 16, wobei Ändern der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung eine Ziel-Spannung erreicht, umfasst: Erhöhen der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung höher ist als oder ungefähr genauso hoch wie die Ziel-Spannung; oder Verringern der Soll-Spannung mit der Änderungsrate, bis die erfasste Spannung niedriger ist als oder ungefähr genauso hoch wie die Ziel-Spannung.
Regelungsschaltung nach Anspruch 16, die des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie eine abschließende Anpassung der Soll-Spannung durchführt.
Regelungsschaltung nach Anspruch 18, wobei Durchführen der abschließenden Anpassung umfasst, dass die Soll-Spannung um einen bestimmten Betrag verringert wird oder die Soll-Spannung um den bestimmten Betrag erhöht wird.
Regelungsschaltung nach Anspruch 16, die des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie nachdem die erfasste Spannung die Ziel-Spannung erreicht hat, in einem Normal-Modus arbeitet, der einschließt, dass die erfasste Spannung mit der Ziel-Spannung verglichen wird, die Soll-Spannung angepasst wird und eine bestimmte Zeit gewartet wird, um zuzulassen, dass sich die erfasste Spannung stabilisiert, bevor die Soll-Spannung erneut angepasst wird.
Regelungsschaltung nach Anspruch 16, die des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie: vor dem Einstellen der Soll-Spannung auf den Anfangswert wartet, bis die erfasste Spannung stabil ist.