DE60003771T2 - Koordiniertes Schalten in einem Mehrfach-Schaltregelkreissystem zur Verringerung des maximalen Laststroms - Google Patents

Koordiniertes Schalten in einem Mehrfach-Schaltregelkreissystem zur Verringerung des maximalen Laststroms Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Schaltleistungsversorgungen und insbesondere auf Systeme mit mehreren Schaltreglern, die einen Strom von der gleichen Eingangsleistungsquelle ziehen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Viele Elektronikvorrichtungen benötigen mehrere Leistungsversorgungen. Eine Vorrichtung mit sowohl analogen als auch digitalen Schaltungen kann z. B. +5 Volt für die Digitallogik und +12 Volt, –12 Volt für den Analogschaltungsaufbau benötigen. In batteriebetriebenen Vorrichtungen sind Schaltleistungsversorgungen eine Weise, um diese Leistungsversorgungen zu erzeugen.
  • Eine Schaltleistungsversorgung kann wirken, indem eine Steuerung einen Transistor mit hoher Frequenz schaltet. Diese Frequenz ist üblicherweise in dem Bereich von 20 kHz bis 1 MHz. Dies zieht einen Strom von der Eingangsleistungsquelle, um eine zerhackte Zwischenspannung zu erzeugen, die dann durch eine L-C- (Induktor-Kondensator-) Schaltung gefiltert wird, um eine glattere Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Ausgangsspannung wird durch ein Variieren des Verhältnisses von Anzeit zu Auszeit des Transistors gesteuert. Leider können, wenn es in dem System mehrere Regler gibt, die Schalttransistoren dieser mehreren Regler sich in Phase ein- und ausschalten. Dieses Schalten in Phase kann bewirken, daß mehrere Regler gleichzeitig einen Strom ziehen, was die Stromableitung auf der Eingangsleistungsquelle erhöht. Tatsächlich kann, wenn ausreichend viele Schalttransistoren in Phase schalten, die Stromableitung auf der Eingangsleistungsquelle zu dem Punkt anstei gen, an dem eine Regelung nicht beibehalten werden kann. Aufgrund des hohen Serienwiderstandswertes vieler Typen von Batterien sind batteriegetriebene Vorrichtungen besonders anfällig für diesen Zustand.
  • Folglich besteht in der Technik ein Bedarf nach einer Mehrspannungs-Schaltleistungsversorgungssteuerung, die dabei hilft, die Spitzenstromableitung auf der Eingangsleistungsquelle zu senken.
  • Sowohl das US-Patent U.S. 5,442,534 als auch die Zusammenfassung des japanischen Patentes JP 9289773 offenbaren Leistungsversorgungen mit Mehrzahlen von Schaltreglern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Leistungsversorgung mit folgenden Merkmalen: einer Eingangsleistungsquelle; einer Mehrzahl von Schaltreglern, die Eingangsströme von der Eingangsleistungsquelle ziehen; und einer Schaltsteuerung, wobei die Schaltsteuerung bewirkt, daß die Schaltregler eine Veränderung des Betrages der Eingangsströme in einem Zyklus einleiten.
  • Die Erfindung koordiniert den Strom, der durch mehrere Schaltregler gezogen wird, die eine gemeinsame Eingangsleistungsquelle gemeinsam verwenden, um die Spitzenstromableitung auf der Eingangsleistungsquelle zu senken. Eine Koordination des gezogenen Stroms kann mit einer einfachen Logik implementiert sein oder kann für einen komplizierten Algorithmus angepaßt sein, der viele unterschiedliche Variablen berücksichtigt, wie z. B. ein dynamisches Belasten unterschiedlicher Regler oder Szenarien eines ungünstigsten Falls. Ein Ausführungsbeispiel sequenziert die Einschalt-, Ausschalt- oder Zwischenschaltzeiten der Schalter in jedem Regler, so daß jeder Regler zu einer vorbestimmten Zeit in einen Zyklus Strom zieht. Die vorbestimmte Zeit für jeden Regler ist so ausgewählt, daß die maximale Spitzenstromableitung auf der Eingangsleistungsquelle minimiert ist. Die vorbestimmten Zeiten können während des Betriebs durch Eingaben in das System verändert werden, wenn Informationen über einen Strom oder projizierte Ausgangslasten bekannt sind. Ein anderes Ausführungsbeispiel sequenziert lediglich die Einschalt- oder Ausschaltzeiten der Schalter in jedem Regler, so daß jeder Regler beginnt, einen Strom zu ziehen, wenn der vorherige Regler in der Sequenz aufhört, einen Strom zu ziehen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel läßt den Regler mit der größten Veränderung eines Eingangsstroms über einen Zyklus unabhängig laufen. Die anderen Regler ziehen dann einen Strom in einer bestimmten Reihenfolge oder zu bestimmten Zeiten, nachdem der erste Regler aufhört, einen Strom zu ziehen.
  • Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Diagramm mehrerer Stoß-Typ-Schaltregler mit der gleichen Eingangsleistungsquelle.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm mehrerer Schub-Typ-Schaltregler mit der gleichen Eingangsleistungsquelle.
  • 3A ist eine Darstellung des typischen Eingangsstromsignalverlaufs für einen Stoß-Typ-Schaltregler in einem kontinuierlichen Modus und einem diskontinuierlichen Modus.
  • 3B ist eine Darstellung des typischen Eingangsstromsignalverlaufs für einen Schub-Typ-Schaltregler in einem kontinuierlichen Modus und einem diskontinuierlichen Modus.
  • 4A stellt einen Probesatz von Steuerungssignalverläufen und Eingangsleistungsquellenstrom für mehrere Stoß-Schaltregler dar, die ein sequentielles Schalten von Schalttransistoren verwenden.
  • 4B stellt einen Probesatz von Steuerungssignalverläufen und Eingangsleistungsquellenstrom für mehrere Schub-Schaltregler dar, die ein sequentielles Schalten von Schalttransistoren verwenden.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem darstellt, das sequentiell die Schalttransistoren mehrerer Schaltregler schaltet.
  • 6 stellt einen Probesatz von Steuerungssignalverläufen für mehrere Schaltregler dar, die das gleichzeitige Schalten von zwei Reglern sequentiell nach einem ersten Regler verwenden.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem darstellt, das zwei Schalter sequentiell schaltet, nachdem ein erster Regler geschaltet hat.
  • 8 stellt einen Probesatz von Steuerungssignalverläufen für mehrere Schaltregler dar, die Transistoren zu vorbestimmten Zeiten schalten.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem darstellt, das die Schalttransistoren mehrerer Schaltregler zu vorbestimmten Zeiten einschaltet.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • 1 ist ein schematisches Diagramm mehrerer Stoß-Typ-Schaltregler mit der gleichen Eingangsleistungsquelle. 2 ist ein schematisches Diagramm mehrerer Schub-Typ-Schaltregler mit der gleichen Eingangsleistungsquelle. Diese Typen von Reglern wurden lediglich zu Beispielzwecken ausgewählt. Es wird darauf verwiesen, daß diese Erfindung auf andere Typen von Schaltreglern anwendbar ist, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind. Ferner ist der Typ von Schalter in diesen Reglern als ein N-Kanal MOSFET gezeigt. Dies dient ebenso nur zu Beispielszwecken, wobei andere Typen von Schaltvorrichtungen, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, verwendet werden können.
  • In 1 ist die Eingangsspannung in die mehreren Regler 1010, 1020 und 1030 Vi. Der gesammelte Eingangsstrom in die mehreren Regler ist Ii. Der Eingangsstrom in den ersten Regler 1010 ist Ii1. Der Eingangsstrom in den zweiten Regler 1020 ist Ii2 und so weiter, derart, daß der Eingangsstrom in den dritten Regler 1030 Ii3 ist.
  • In 1 ist der erste Regler 1010 als einen Schalttransistor S1 1012, eine Diode 1014, einen Induktor L1 1015 und einen Filterkondensator C1 1016 aufweisend gezeigt. Der erste Regler 1010 ist als eine Ausgangsspannung Vi in eine Last LAST1 1018 erzeugend gezeigt. Der Schalttransistor S1 ist als ein N-Typ-Verstärkungs-MOSFET gezeigt, dessen Drain mit Vi verbunden ist, dessen Körper und Source mit der Kathode der Diode 1014 verbunden sind, und dessen Gate mit einer Steuerungsspannung Vg1 verbunden ist. Die Anode der Diode 1014 ist als mit dem Referenzknoten von Vi,gnd verbunden gezeigt. Die Kathode der Diode 1014, die Source und der Körper von S1 sind ebenso mit einem ersten Anschluß des Induktors L1 1015 verbunden. Der zweite Anschluß von L1 1015 ist mit einem ersten Anschluß des Filterkondensators C1 1016 verbunden. Der zweite Anschluß des Filterkondensa tors C1 1016 ist als mit gnd (Masse) verbunden gezeigt. Die Last auf den ersten Regler LAST1 1018 ist als parallel zu dem Filterkondensator C1 1016 geschaltet gezeigt.
  • Der zweite Regler 1020 ist mit dem gleichen Schaltungsentwurf wie der erste Regler 1010 gezeigt. Der zweite Regler 1020 ist als einen Schalttransistor S2 1022, eine Diode 1024, einen Induktor L2 1025 und einen Filterkondensator C2 1026 aufweisend gezeigt. Der zweite Regler 1020 ist als eine Ausgangsspannung V2 in eine Last LAST2 1028 erzeugend gezeigt. Der Schalttransistor S2 ist als ein N-Typ-Verstärkungs-MOSFET gezeigt, dessen Drain mit Vi verbunden ist, dessen Körper und Source mit der Kathode der Diode 1024 verbunden sind und dessen Gate mit einer Steuerungsspannung Vg2 verbunden ist. Die Anode der Diode 1024 ist als mit dem Referenzknoten von Vi,gnd verbunden gezeigt. Die Kathode der Diode 1024, die Source und der Körper von S2 sind ebenso mit einem ersten Anschluß des Induktors L2 1025 verbunden. Der zweite Anschluß von L2 1025 ist mit einem ersten Anschluß des Filterkondensators C2 1026 verbunden. Der zweite Anschluß des Filterkondensators C2 1026 ist als mit gnd verbunden gezeigt. Die Last auf den ersten Regler LAST2 1028 ist als parallel zu dem Filterkondensator C2, 1026 geschaltet gezeigt.
  • Der dritte Regler 1030 ist mit dem gleichen Schaltungsentwurf wie der erste Regler 1010 und der zweite Regler 1020 gezeigt. Der dritte Regler 1030 ist als einen Schalttransistor S3 1032, eine Diode 1034, einen Induktor L3 1035 und einen Filterkondensator C3 1036 aufweisend gezeigt. Der zweite Regler 1030 ist als eine Ausgangsspannung V3 in eine Last LAST3 1038 erzeugend gezeigt. Der Schalttransistor S3 ist als ein N-Typ-Verstärkungs-MOSFET gezeigt, dessen Drain mit Vi verbunden ist, dessen Körper und Source mit der Kathode der Diode 1034 verbunden sind und dessen Gate mit einer Steuerungsspannung Vg3 verbunden ist. Die Anode der Diode 1034 ist als mit dem Referenzknoten von Vi,gnd verbunden gezeigt. Die Kathode der Diode 1034, die Source und der Körper von S3 sind außerdem mit einem ersten Anschluß des Induktors L3 1035 verbunden. Der zweite Anschluß von L3 1035 ist mit einem ersten Anschluß des Filterkondensators C3 1036 verbunden. Der zweite Anschluß des Filterkondensators C3 1036 ist als mit gnd verbunden gezeigt. Die Last auf den ersten Regler LAST3 1038 ist als parallel zu dem Filterkondensator C3 1036 geschaltet gezeigt.
  • Obwohl nur drei Regler gezeigt sind, ist es beabsichtigt, daß die mehreren Regler 1010, 1020 und 1030 eine willkürliche Anzahl von Versorgungsspannungen darstellen, die aus einer einzelnen Eingangsleistungsquelle erzeugt werden. Zusätzlich ist der Grundentwurf dieser Versorgungen ein Stoß-Reglertyp-Entwurf. Es wird jedoch darauf verwiesen, daß die Prinzipien dieser Erfindung nicht auf diesen bestimmten Typ von Regler eingeschränkt sind, und daß die Prinzipien dieser Erfindung auch mit Schub-Typ- oder Stoßschub-Typ- oder einer Kombination von Schaltreglertypen verwendet werden könnten.
  • In 2 ist die Eingangsspannung in die mehreren Regler 2010, 2020 und 2030 Vi. Der gesammelte Eingangsstrom in die mehreren Regler ist Ii. Der Eingangsstrom in den ersten Regler 2010 ist Ii1. Der Eingangsstrom in den zweiten Regler 2020 ist Ii2 und so weiter, derart, daß der Eingangsstrom in den dritten Regler 2030 Ii3 ist.
  • In 2 ist der erste Regler 2010 als einen Schalttransistor S1 2014, eine Diode 2015, einen Induktor L1 2012 und einen Filterkondensator C1 2016 aufweisend gezeigt. Der erste Regler 2010 ist als eine Ausgangsspannung V1 in eine Last LAST1 2018 erzeugend gezeigt. Der Induktor L1 2012 ist als zwischen Vi und das Drain des Schalttransistors S1 2014 geschaltet gezeigt. Der Schalttransistor S1 ist als ein N-Typ-Verstärkungs-MOSFET gezeigt, dessen Körper und Source mit dem Referenzknoten von Vi,gnd verbunden sind, und dessen Gate mit einer Steuerungsspannung Vg1 verbunden ist. Die Anode der Diode 2015 ist mit dem Drain des Schalttran sistors S1 2014 verbunden. Die Kathode der Diode 2015 ist mit einem ersten Anschluß des Filterkondensators C1 2016 verbunden. Der zweite Anschluß von C1 2016 ist mit gnd verbunden. Die Last auf den ersten Regler LAST1 2018 ist als parallel zu dem Filterkondensator C1 2016 geschaltet gezeigt.
  • In 2 ist der zweite Regler 2020 als einen Schalttransistor S2 2024, eine Diode 2025, einen Induktor L2 2022 und einen Filterkondensator C2 2026 aufweisend gezeigt. Der zweite Regler 2020 ist als eine Ausgangsspannung V2 in eine Last LAST2 2028 erzeugend gezeigt. Der Induktor L2 2022 ist als zwischen Vi und das Drain des Schalttransistors S2 2024 geschaltet gezeigt. Der Schalttransistor S2 ist als ein N-Typ-Verbesserungs-MOSFET gezeigt, dessen Körper und Source mit dem Referenzknoten von Vi,gnd verbunden sind und dessen Gate mit einer Steuerungsspannung Vg2 verbunden ist. Die Anode der Diode 2025 ist mit dem Drain des Schalttransistors S2 2024 verbunden. Die Kathode der Diode 2025 ist mit einem ersten Anschluß des Filterkondensators C2 2026 verbunden. Der zweite Anschluß von C2 2026 ist mit gnd verbunden. Die Last auf den ersten Regler LAST2 2028 ist als parallel zu dem Filterkondensator C2 2026 geschaltet gezeigt.
  • In 2 ist der dritte Regler 2030 gezeigt, um einen Schaltregler S3 2034, eine Diode 2035, einen Induktor L3 2032 und einen Filterkondensator C3 2036 aufzuweisen. Der zweite Regler 2030 ist gezeigt, um eine Ausgangsspannung V3 in eine Last LAST3 2038 zu erzeugen. Der Induktor L3 2032 ist gezeigt, um zwischen Vi und das Drain des Schalttransistors S3 2034 geschaltet zu sein. Der Schalttransistor S3 ist als ein N-Typ-Verstärkungs-MOSFET gezeigt, dessen Körper und Source mit dem Referenzknoten von Vi,gnd verbunden sind, und dessen Gate mit einer Steuerungsspannung Vg3 verbunden ist. Die Anode der Diode 2035 ist mit dem Drain des Schalttransistors S3 2034 verbunden. Die Kathode der Diode 2035 ist mit einem ersten Anschluß des Filterkonden sators C3 2036 verbunden. Der zweite Anschluß von C3 2036 ist mit gnd verbunden. Die Last auf den ersten Regler LAST3 2038 ist gezeigt, um parallel zu dem Filterkondensator C3 2036 geschaltet zu sein.
  • 3A ist eine Darstellung der typischen Eingangsstromsignalverläufe für einen Stoß-Typ-Schaltregler in einem kontinuierlichen Modus und einem diskontinuierlichen Modus. 3B ist eine Darstellung der typischen Eingangsstromsignalverläufe für einen Schub-Typ-Schaltregler in einem kontinuierlichen Modus und einem diskontinuierlichen Modus. Es wird darauf verwiesen, daß diese Stromsignalverläufe zu einer Spitze kommen, bevor sie abfallen. Wenn die Stromspitzen mehrerer Regler, die von der gleichen Eingangsleistungsquelle ziehen, zeitlich in etwa zusammenfallen, tritt eine große Eingangsstromspitze auf. Diese Erfindung hilft dabei, diesen Zustand zu vermeiden, so daß der Gesamtspitzeneingangsstrom reduziert wird.
  • 4A stellt einen Beispielsatz von Steuerungssignalen und Stromsignalverläufen zum sequentiellen Schalten von Transistoren in mehreren Stoß-Reglern dar. Ein Signal CLOCK ist ein periodischer Signalverlauf, der das Schalten des ersten Reglers in der Sequenz auslöst. Dieser Regler wird durch Vg1 gesteuert. Es wird angemerkt, daß Vg1 ansteigt, was den Schalttransistor in dem ersten Regler einschaltet, wenn CLOCK fällt. Wenn Vg1 fällt, was den Schalttransistor in dem ersten Regler ausschaltet, steigt Vg2, was den Schalttransistor in dem zweiten Regler in der Sequenz einschaltet. Dann steigt, wenn Vg2 fällt, was den Schalttransistor in dem zweiten Regler ausschaltet, Vg3, was den Schalttransistor in dem dritten Regler in der Sequenz einschaltet. Danach fällt Vg3, was den Schalttransistor in dem dritten Regler ausschaltet. Die abfallende Flanke des Signals CLOCK startet die Sequenz erneut.
  • Ebenso in 4A gezeigt sind exemplarische Eingangsströme (Ii1, Ii2, Ii3) für jede der drei Leistungsversorgungen, wenn dieselben durch sequenzierte Steuerungssignale gesteuert werden, wie oben beschrieben und in 4A gezeigt ist. Die Summe dieser Eingangsströme ist die Gesamteingangsstromlast auf die Eingangsstromquelle Ii. Es wird angemerkt, daß das sequenzierte Schalten der Transistoren in den drei Versorgungen bei diesem Beispiel die Gesamtstromlast verglichen mit der Situation reduziert, in der alle drei Schalttransistoren so geschaltet werden, daß alle drei Versorgungen ihren Spitzenstrom zu in etwa der gleichen Zeit erreichen.
  • In 4A sind die Steuerungssignale aller Stromversorgungen gezeigt, um die Transistoren in all diesen Leistungsversorgungen auszuschalten, bevor ein neuer Zyklus mit der abfallenden Flanke von CLOCK beginnt. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Für Versorgungen, die dynamische Lasten aufweisen, kann die Länge einer Zeit für jeden Schalttransistor jedes Reglers gemäß einem Fehlersignal, das von der Ausgangsspannung dieses Reglers hergeleitet ist, eingestellt werden. Das System kann unter Umständen mit einem optimal niedrigen Spitzeneingangsstrom abhängig von der dynamischen Belastung nicht arbeiten, wobei eine Regelung beibehalten werden sollte, solange das Signal, das den Transistor in einem bestimmten Regler ausschaltet, vor der Zeit oder nahezu zu der Zeit auftritt, zu der das Signal, das diesen bestimmten Transistor einschaltet, wieder auftritt. Ferner hilft ein Anordnen der Sequenz, die von der größten antizipierten Eingangsstromlast zu der kleinsten versorgt, selbst dann dabei, den Spitzeneingangsstrom zu reduzieren, wenn zwei oder mehr Schalttransistoren in unterschiedlichen Versorgungen zu dem gleichen Zeitpunkt an sind.
  • 4B stellt einen Beispielsatz von Steuerungssignalen und Stromsignalverläufen zum sequentiellen Schalten von Transistoren in mehreren Schub-Reglern dar. Ein Signal CLOCK ist ein periodischer Signalverlauf, der das Schalten des ersten Reglers in der Sequenz auslöst. Dieser Regler wird durch Vg1 gesteuert. Es wird angemerkt, daß Vg1 ansteigt, was den Schalttransistor in dem ersten Regler einschaltet, wenn CLOCK fällt. Wenn Vg1 fällt, was den Schalttransistor in dem ersten Regler ausschaltet, steigt Vg2, was den Schalttransistor in dem zweiten Regler in der Sequenz einschaltet. Dann steigt, wenn Vg2 fällt, was den Schalttransistor in dem zweiten Regler ausschaltet, Vg3, was den Schalttransistor in dem dritten Regler in der Sequenz einschaltet. Danach fällt Vg3, was den Schalttransistor in dem dritten Regler ausschaltet. Die abfallende Flanke des Signals CLOCK startet die Sequenz erneut.
  • Ebenso in 4B gezeigt sind exemplarische Eingangsströme (I1i, Ii2, Ii3) für jede der drei Leistungsversorgungen, wenn dieselben durch sequenzierte Steuerungssignale, wie oben beschrieben und in 4B gezeigt ist, gesteuert werden. Die Summe dieser Eingangsströme ist die Gesamteingangsstromlast auf die Eingangsleistungsquelle Ii. Es ist anzumerken, daß das sequenzierte Schalten der Transistoren in den drei Versorgungen bei diesem Beispiel die Gesamtstromlast verglichen mit der Situation reduziert, in der alle drei Schalttransistoren so geschaltet werden, daß alle drei Versorgungen ihren Spitzenstrom in etwa zu der gleichen Zeit erreichen.
  • In 4B sind die Steuerungssignale aller Leistungsversorgungen gezeigt, um die Transistoren in all diesen Leistungsversorgungen auszuschalten, bevor ein neuer Zyklus mit der abfallenden Flanke von CLOCK beginnt. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Für Versorgungen, die dynamische Lasten aufweisen, kann die Länge einer Zeit für jeden Schalttransistor jedes Reglers gemäß einem Fehlersignal, das von der Ausgangsspannung dieses Reglers hergeleitet ist, eingestellt werden. Das System kann unter Umständen mit einem optimal niedrigen Spitzeneingangsstrom abhängig von dem dynamischen Belasten nicht arbeiten, wobei eine Regelung jedoch beibehalten werden sollte, solange das Signal, das den Transistor in einem bestimmten Regler ausschaltet, vor der Zeit oder nahezu zu der Zeit auftritt, zu der das Signal, das diesen bestimmten Transistor einschaltet, wieder auftritt. Ferner hilft ein Anordnen der Sequenz, die von der größten antizipierten Eingangsstromlast zu der kleinsten versorgt, selbst dann bei einem Reduzieren des Spitzeneingangsstroms, wenn zwei oder mehr Schalttransistoren in unterschiedlichen Versorgungen gleichzeitig an sind.
  • 5 stellt ein Blockdiagramm eines Systems dar, das sequentiell die Transistoren in mehreren Versorgungen schaltet. Ein Taktgenerator 5002 sendet ein Signal (CLOCK) an einen pulsbreiten Modulations- (PWM-) Generator 5004, der den Schalttransistor des ersten Reglers in der Sequenz über ein Signal Vg1 einschaltet. Die Länge der Zeit, die Vg1 aktiv bleibt, was den Schaltregler des ersten Reglers in der Sequenz an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 5010 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 5010 hängt von der Ausgangsspannung des ersten Reglers in der Sequenz ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 1010 V1. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 2010 V1. Wenn der Schalttransistor des ersten Reglers in der Sequenz über das Signal Vg1 ausgeschaltet wird, schaltet der PWM-Generator 5006 den Schalttransistor des zweiten Reglers in der Sequenz über ein Signal Vg2 ein. Die Länge einer Zeit, die Vg2 aktiv bleibt, was den Schalttransistor des zweiten Reglers in der Sequenz an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 5012 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 5012 hängt von der Ausgangsspannung des zweiten Reglers in der Sequenz ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 1020 V2. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 2020 V2. Wenn der Schalttransistor des zweiten Reglers in der Sequenz über das Signal Vg2 ausgeschaltet wird, schaltet der PWM-Generator 5008 den Schalttransistor des dritten Reglers in der Sequenz über ein Signal Vg3 ein. Die Länge einer Zeit, die Vg3 aktiv bleibt, was den Schalttransistor des dritten Reglers in der Sequenz an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 5014 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 5014 hängt von der Ausgangsspannung des dritten Reglers in der Sequenz ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 1030 V3. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 2030 V3.
  • 6 stellt die Steuerungssignalverläufe für mehrere Schaltregler dar, die das gleichzeitige Schalten von zwei Reglern sequentiell nach einem ersten Regler verwenden. In 6 ist ein Signal CLOCK ein periodischer Signalverlauf, der das Schalten des ersten Reglers in der Sequenz auslöst. Dieser Regler wird durch Vg1 gesteuert. Es wird angemerkt, daß Vg1 ansteigt, was den Schalttransistor in dem ersten Regler einschaltet, wenn CLOCK fällt. Wenn Vg1 fällt, was den Schalttransistor in dem ersten Regler ausschaltet, steigen Vg2 und Vg3, was die Schalttransistoren in der zweiten und der dritten Leistungsversorgung einschaltet. Vg2 und Vg3 fallen dann unabhängig voneinander, was die Schalttransistoren in der zweiten und der dritten Leistungsversorgung ausschaltet. Die abfallende Flanke des Signals CLOCK startet die Sequenz erneut.
  • Ein gleichzeitiges Einschalten der Schalttransistoren in zwei oder mehr Reglern ermöglicht eine schnellere Zykluszeit für das Signal CLOCK. Dies ist besonders nützlich, wenn bekannt ist oder es erwartet wird, daß zwei der Regler verglichen mit anderen Versorgungen einen geringen Eingangsleistungsquellenstrom aufweisen. Diese beiden Regler können gleichzeitig eingeschaltet werden, um eine schnellere Zykluszeit für das Signal CLOCK zu ermöglichen, ohne den Spitzengesamteingangsleistungsquellenstrom stark zu beein flussen. Zusätzlich kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel anstelle eines gleichzeitigen Einschaltens zweier Versorgungen eine feste Verzögerung von dem Einschalten des Transistors in einem Regler zu dem Einschalten des Transistors in einem anderen eingeführt werden. Dies kann nützlich sein, wenn die Eingangsströme in zwei Regler vermutlich einander grob folgen, wobei erwartet wird, daß einer wahrscheinlich größer als der andere ist.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem darstellt, das zwei Schalter sequentiell nach einem Schalten eines ersten Reglers schaltet. Ein Taktgenerator 7002 sendet ein Signal (CLOCK) an einen Pulsbreitenmodulations-(PWM-) Generator 7004, der den Schalttransistor des ersten Reglers in der Sequenz über ein Signal Vg1 einschaltet. Die Länge der Zeit, die Vg1 aktiv bleibt, was den Schalttransistor des ersten Reglers in der Sequenz an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 7010 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 7010 hängt von der Ausgangsspannung des ersten Reglers in der Sequenz ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 1010 V1. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 2010 V1. Wenn der Schalttransistor des ersten Reglers in der Sequenz über das Signal Vg1 ausgeschaltet wird, schaltet der PWM-Generator 7006 den Schalttransistor des zweiten Reglers in der Sequenz über ein Signal Vg2 ein. Die Länge einer Zeit, die Vg2 aktiv bleibt, was den Schalttransistor des zweiten Reglers in der Sequenz an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 7012 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 7012 hängt von der Ausgangsspannung des zweiten Reglers in der Sequenz ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 1020 V2. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 2020 V2. Außerdem schaltet, wenn der Schalttransistor des ersten Reglers in der Sequenz über das Signal Vg1 ausgeschaltet wird, der PWM-Generator 7008 den Schalttransistor des dritten Reglers in der Sequenz über ein Signal Vg3 nach einer optionalen Verzögerungszeit 7016 ein. Wenn keine Zeitverzögerung erwünscht ist, schaltet der PWM-Generator 7008 den Schalttransistor des dritten Reglers in der Sequenz über das Signal Vg3 zu der gleichen Zeit ein, zu der der PWM-Generator 7006 den Schaltgenerator des zweiten Reglers über das Signal Vg2 einschaltet. Die Länge einer Zeit, die Vg3 aktiv bleibt, was den Schalttransistor des dritten Reglers in der Sequenz an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 7014 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 7014 hängt von der Ausgangsspannung des dritten Reglers in der Sequenz ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 1030 V3. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre dies für den Regler 2030 V3.
  • 8 stellt Steuerungssignalverläufe für mehrere Schaltregler dar, die Schalttransistoren zu vorbestimmten Zeiten einschalten. Ein Signal CLOCK ist ein periodischer Signalverlauf, der als die Zeitbasis zum Einschalten der Schalttransistoren in den mehreren Versorgungen verwendet wird. Ein Signal FIRST ist ein Signal, das, wenn es aktiv ist, zeigt, welcher Zyklus von CLOCK den Anfang eines neuen Schaltzyklus markiert. In 8 wird der Schalttransistor in dem ersten Regler über Vg1 eingeschaltet, die während des ersten Zyklus von CLOCK steigt. Der Schalttransistor in dem zweiten Regler wird über Vg2 eingeschaltet, die während des zweiten Zyklus von CLOCK steigt. Der Schalttransistor in dem dritten Regler wird über Vg3 eingeschaltet, die während des vierten Zyklus von CLOCK steigt. Jedes der Steuerungssignale Vg1, Vg2 und Vg3 fällt unabhängig. Die abfallende Flanke des Signals CLOCK startet die Sequenz erneut. Die Aktivierung des Signals FIRST startet einen neuen Schaltzyklus.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem darstellt, das Transistoren mehrerer Schaltregler zu vorbestimmten Zeiten einschalten kann. Ein Taktgenerator 9002 erzeugt ein Signal CLOCK, das einen periodischen Signalverlauf liefert, der als die Zeitbasis für das System verwendet wird. CLOCK wird in einen Überrollzähler 9004 eingegeben. Der Überrollzähler 9004 nimmt die Eingangspulse des Taktes und erzeugt ein digitales Ausgangssignal, das ein Zählwert dieser Pulse ist. Bei einem vorbestimmten Zählwert setzt der Überrollzähler sein Ausgangssignal zurück auf eine erste Zählwertzahl und aktiviert das Signal FIRST, bis ein weiterer Puls bei CLOCK empfangen wird. Dies erzeugt eine zyklische Sequenz bei den Ausgangssignalen des Überrollzählers 9004. In 8 wäre dies 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, ..., wobei FIRST während des "1"-Teils der Sequenz erzeugt würde.
  • Der Zählwert, der von dem Überrollzähler ausgegeben wird, wird in Komparatoren 9006, 9008 und 9010 eingegeben. Jeder dieser Komparatoren erzeugt ein Signal, wenn sein Eingangssignal mit einer vorbestimmten Zahl übereinstimmt. Wenn 8 als ein Beispiel verwendet wird, würde der Komparator 9006 ein Signal erzeugen, wenn sein Eingang 1 ist, der Komparator 9008 würde ein Signal erzeugen, wenn sein Eingang 2 ist, und der Komparator 9010 würde ein Signal erzeugen, wenn sein Eingang 4 ist.
  • Das Signal, das durch den Komparator 9006 erzeugt wird, löst den Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Generator 9006 aus, um den Schalttransistor eines ersten Reglers über das Signal Vg1 einzuschalten. Die Länge einer Zeit, die Vg1 aktiv bleibt, was den Schalttransistor dieses Reglers an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 9014 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 9014 hängt von der Ausgangsspannung dieses Reglers ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre diese Ausgangsspannung für den Regler 1010 V1. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Versorgungen verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre diese Ausgangsspannung für den Regler 2010 V1.
  • Das Signal, das durch den Komparator 9008 erzeugt wird, löst den Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Generator 9016 aus, um den Schalttransistor eines zweiten Reglers über das Signal Vg2 einzuschalten. Die Länge einer Zeit, die Vg2 aktiv bleibt, was den Schalttransistor dieses Reglers an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 9018 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 9018 hängt von der Ausgangsspannung dieses Reglers ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre diese Ausgangsspannung für den Regler 1020 V2. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre diese Ausgangsspannung für den Regler 2020 V2.
  • Das Signal, das durch den Komparator 9010 erzeugt wird, löst den Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Generator 9020 aus, um den Schalttransistor eines dritten Reglers über das Signal Vg3 einzuschalten. Die Länge einer Zeit, die Vg3 aktiv bleibt, was den Schalttransistor dieses Reglers an behält, hängt von einem Signal von einem Fehlergenerator 9022 ab. Das Signal von dem Fehlergenerator 9022 hängt von der Ausgangsspannung dieses Reglers ab. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 1 gezeigt ist, wäre diese Ausgangsspannung für den Regler 1020 V2. Wenn dieses Steuerungssystem mit drei Reglern verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, wäre diese Ausgangsspannung für den Regler 2020 V2.
  • Eine Weise, um die vorbestimmten Zeiten zum Einschalten der Schalttransistoren der mehreren Versorgungen auszuwählen, besteht darin, die Zeiten auszuwählen, die zu dem minimalen Spitzeneingangsleistungsquellenstrom führen. Wenn die maximalen Eingangsströme in jeden Regler für jede Lastsituation bekannt sind oder geschätzt werden, kann die Länge jedes Steuerungspulses (Vg1, Vg2 usw.) bestimmt werden.
  • Diese Informationen, die Eingangsspannung und der Entwurf jedes Reglers ergeben ausreichend viele Daten, um den Eingangsstromsignalverlauf für jeden Regler in einer bestimmten Lastsituation zu bestimmen. Diese Eingangsstromsignalverläufe können dann verwendet werden, um zu bestimmen, wann jeder Steuerungspuls beginnen soll, so daß der Spitzeneingangsleistungsquellenstrom minimiert wird.
  • In den 4–9 ist das CLOCK-Signal gezeigt, um eine konstante Periode aufzuweisen. Ein Takt mit variabler Periode kann jedoch in jeder derselben verwendet werden. Dieser Takt mit variabler Periode (oder Frequenz) kann ansprechend auf ein Verändern von Lasten auf die mehreren Leistungsversorgungen oder bestimmte andere Steuerungssystemvariablen hergeleitet werden. Zusätzlich wurden diese Systeme als Blockdiagramme diskreter Blöcke gezeigt, wobei darauf verwiesen wird, daß jedes dieser Systeme unter Verwendung einer Mikrosteuerung, eines anderen Prozessors oder einer kundenspezifischen integrierten Schaltung implementiert sein könnte. Jedes dieser Systeme kann auch mehr Variablen als gezeigt berücksichtigen, wenn Steuerungspulse angeordnet oder zeitlich gesteuert werden. Eine Mikrosteuerung kann z. B. wissen, daß sie gerade dabei ist, eine Anzahl von Funktionen durchzuführen, die eine große Menge Leistung von einer bestimmten Spannungsversorgung erfordern. Vor einem Durchführen dieser Operationen kann die Mikrosteuerung die Zeitgebung der Steuerungspulse so neu anordnen oder verändern, daß, wenn diese Funktionen durchgeführt werden, der Spitzeneingangsleistungsquellenstrom minimiert ist, wenn die Regler beginnen, einen größeren Eingangsstrom zu ziehen.
  • Obwohl mehrere spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, soll die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen von Teilen, wie diese beschrieben und dargestellt sind, eingeschränkt sein. Die Erfindung ist nur durch die Ansprüche eingeschränkt.

Claims (10)

  1. Eine Leistungsversorgung mit folgenden Merkmalen: einer Eingangsleistungsquelle; einer Mehrzahl von Schaltreglern (1010, 1020, 1030), die Eingangsströme von der Eingangsleistungsquelle ziehen; und einer Schaltsteuerung, wobei die Schaltsteuerung bewirkt, daß die Schaltregler eine Veränderung in der Größenordnung der Eingangsströme in einem Schaltzyklus einleiten, wobei zu Beginn dieses Zyklus ein erster der Regler angeschaltet wird und ein zweiter der Regler in dem Moment angeschaltet wird, in dem der erste Regler ausgeschaltet wird, usw.
  2. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von Schaltreglern folgende Merkmale aufweist: einen ersten Schaltregler (1010), wobei der erste Schaltregler einen Strom erhöht und senkt, der durch den ersten Schaltregler (1010) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird; und einen zweiten Schaltregler (1020), wobei der zweite Schaltregler (1020) einen Strom erhöht und senkt, der durch den zweiten Schaltregler (1020) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, und wobei die Schaltsteuerung bewirkt, daß der zweite Schaltregler (1020) einen Strom, der durch den zweiten Schaltregler (1020) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, ansprechend darauf erhöht, daß die Schaltsteue rung bewirkt, daß der erste Schaltregler (1010) einen Strom senkt, der durch den ersten Schaltregler (1010) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird.
  3. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen dritten Schaltregler (1030), wobei der dritte Schaltregler (1030) einen Strom erhöht und senkt, der durch den dritten Schaltregler (1030) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, und wobei die Schaltsteuerung bewirkt, daß der dritte Schaltregler (1030) einen Strom, der durch den dritten Schaltregler (1030) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, ansprechend darauf erhöht, daß die Schaltsteuerung bewirkt, daß der zweite Schaltregler (1020) einen Strom senkt, der durch den zweiten Schaltregler (1020) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird.
  4. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen dritten Schaltregler (1030), wobei der dritte Schaltregler (1030) einen Strom erhöht und senkt, der durch den dritten Schaltregler (1030) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, und wobei die Schaltsteuerung bewirkt, daß der dritte Schaltregler (1030) einen Strom, der durch den dritten Schaltregler (1030) von der Eingangleistungsquelle gezogen wird, ansprechend darauf erhöht, daß die Schaltsteuerung bewirkt, daß der erste Schaltregler (1010) einen Strom senkt, der durch den ersten Schaltregler (1010) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird.
  5. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 4, bei der die Schaltsteuerung bewirkt, daß der dritte Schaltregler (1030) einen Strom, der durch den dritten Schaltregler (1030) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, zu einer festen Zeitverzögerung erhöht, nachdem die Schaltsteuerung bewirkt, daß der erste Schaltregler (1010) einen Strom senkt, der durch den ersten Schaltregler (1010) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird.
  6. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen dritten Schaltregler (1030), wobei der dritte Schaltregler (1030) einen Strom erhöht und senkt, der durch den dritten Schaltregler (1030) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, und wobei die Schaltsteuerung die Reihenfolge des Erhöhens und Senkens eines Stroms, der durch den zweiten Schaltregler (1020) gezogen wird, und des Erhöhens und des Senkens eines Stroms, der durch den dritten Regler (1030) gezogen wird, verändert, um die Spitzenmenge eines Stroms, der von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, zu senken.
  7. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 6, bei der die Steuerung auch die Zeitgebung des Erhöhens und Senkens des Stroms, der durch den zweiten Schaltregler (1020) gezogen wird, und die Zeitgebung des Erhöhens und des Senkens des Stroms, der durch den dritten Schaltregler (1030) gezogen wird, verändert, um die Spitzenmenge eines Stroms, der von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, zu senken.
  8. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von Schaltreglern folgende Merkmale aufweist: einen ersten Schaltregler (1010), wobei der erste Schaltregler (1010) einen Strom von der Eingangsleistungsquelle zieht; und einen zweiten Schaltregler (1020), wobei der zweite Schaltregler (1020) einen Strom von der Eingangsleistungsquelle zieht, und wobei die Schaltsteuerung bewirkt, daß der erste Schaltregler (1010) den Strom, der durch den ersten Schaltregler (1010) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, zu einer ersten Zeit in einem Zyklus verändert und die Schaltsteuerung bewirkt, daß der zweite Schaltregler (1020) den Strom, der durch den zweiten Schaltregler (1020) von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, zu einer zweiten Zeit in dem Zyklus ansprechend darauf verändert, daß die Schaltsteuerung bewirkt, daß der erste Schaltregler (1010) den Strom verändert, der durch den ersten Schaltregler (1010) gezogen wird.
  9. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 8, bei der die erste Zeit und die zweite Zeit ausgewählt sind, um einen Spitzeneingangsstrom, der von der Eingangsleistungsquelle gezogen wird, zu senken.
  10. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 9, bei der die Schaltsteuerung die erste Zeit und die zweite Zeit auswählt.
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