DE69912358T2

DE69912358T2 - Spannungsrückgespeiste Burst-Mode-Schaltung

Info

Publication number: DE69912358T2
Application number: DE69912358T
Authority: DE
Inventors: David M. Fremont Dwelley
Original assignee: Linear Technology LLC
Current assignee: Linear Technology LLC
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: EP0967713B1; US6307356B1; EP0967713A3; DE69912358D1; TW448605B; JP2000032745A; JP2010057361A; EP0967713A2

Description

Diese Erfindung betrifft Spannungsregler. Insbesondere betrifft diese Erfindung Schaltbetrieb-Regler.
Schaltbetriebregler oder Schaltregler, wie sie allgemein bekannt sind, werden typischerweise als Spannungsregler verwendet, weil sie bei hohen Lasten einen höheren Wirkungsgrad als eine äquivalente lineare Regelungsschaltung haben. Ein typischer Schaltregler arbeitet, indem er wiederholt einen Stromschalter vollständig ein und dann vollständig ausschaltet, wobei er ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt, das mit einem Induktor auf die Endspannung gemittelt wird. Aufgrund des Schaltverhaltens der Leistungstransistorsteuerung fällt der Wirkungsgrad einer typischen Schaltbetriebsschaltung ab, wenn die Last zunimmt, weil ungeachtet der Last eine feste Leistungsmenge in der Steuerungsschaltungsanordnung verloren geht. Ein Verfahren, das verwendet wird, um diesen Wirkungsgradverlust bei geringen Lasten zu vermeiden, ist den im Ausgang fließenden Strom abzutasten und Schaltzyklen auszulassen, wenn die Last gering ist. Darauf wird in dieser Beschreibung als Burst-Modus^TM Bezug genommen. Auf andere Weise ausgedrückt ist der Burst-Modus eine Betriebsart, welche die Technik des Zyklus-Auslassens nutzt, um Schaltverluste in einem Schaltregler zu verringern und den Arbeitswirkungsgrad bei niedrigen Ausgangsstrompegeln zu verbessern.
Der Burst-Modus ist in einem stromrückgespeisten (stromrückgekoppelten) Regler relativ einfach zu implementieren, weil das Ausgangsstromsignal für den Regler verfügbar ist, um ihm zu ermöglichen, zu entscheiden, wenn die Last gering ist. Ein typischer spannungsrückgespeister (spannungsrückgekoppelter) Schaltregler hat dieses Last stromsignal nicht zur Verfügung und muß die Entscheidung, in den Burst-Modus einzutreten, auf eine andere Weise fällen.
Angesichts des Vorangehenden wäre es wünschenswert, eine Schaltung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche es einem spannungsrückgespeisten Schaltregler ermöglichen, automatisch in den Burst-Modus einzutreten bzw. ihn zu beenden.
Es wäre ferner wünschenswert, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um es einem spannungsrückgespeisten Schaltregler zu ermöglichen, sowohl für synchrone als auch für asynchrone Topologien der spannungsrückgespeisten Schaltreglerschaltung automatisch in den Burst-Modus einzutreten bzw. ihn zu beenden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte spannungsrückgespeiste Schaltreglerschaltung zur Verfügung zu stellen. Die Schaltung kann mit geringfügigen Änderungen in einer synchronen oder asynchronen Weise ebenso wie in Aufwärts- oder Abwärtskonfigurationen arbeiten. Die Schaltung liefert eine Schaltschaltung mit einem einstellbaren Tastgrad, eine Burst-Mode-Schaltung mit einem Pulsweiten-Modulator-Generator und einem Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null, wobei die Burst-Mode-Schaltung implementiert ist, um den Tastgrad der Schaltschaltung einzustellen und zu bestimmen, ob die Schaltschaltung in den Burst-Modus gehen soll, und eine Rückspeisungsschaltung, um ein Signal von der Schaltschaltung zu empfangen und ein Rückspeisungssignal an die Burst-Mode-Schaltung zu liefern.
Die obige und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden nach Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen, deutlich, wobei gleiche Bezugszeichen sich durchweg auf gleiche Teile beziehen, wobei:
1 ein Blockschaltbild eines bekannten spannungsrückgespeisten Abwärts-Schaltreglers ist;
2 ein Blockschaltbild einer asynchronen spannungsrückgespeisten Burst-Mode-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Blockschaltbild einer synchronen spannungsrückgespeisten Abwärts-Burst-Mode-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine Zustandstabelle ist, welche die möglichen Zustände eines Flip-Flops in dem synchronen Schaltregler gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Zustandstabelle ist, welche die möglichen Zustände eines NOR-Glieds in dem synchronen Schaltregler gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Blockschaltbild einer synchronen spannungsrückgespeisten Abwärts-Burst-Mode-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Blockschaltbild einer synchronen spannungsrückgespeisten Abwärts-Burst-Mode-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
8 ein Blockschaltbild einer synchronen spannungsrückgespeisten Aufwärts-Burst-Mode-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Blockschaltbild einer asynchronen spannungsrückgespeisten Aufwärts-Burst-Mode-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Im allgemeinen erzeugt ein Schaltregler eine zur Eingangsspannung proportionale Ausgangsspannung, wobei die Proportionalität durch den Tastgrad des Pulsweitensignals am Stromschalter festgelegt wird. Spannungsrückgespeiste Schaltregler arbeiten, indem sie die Ausgangsspannung abtasten und den Tastgrad des Schaltreglers wie durch die Veränderungen in der Ausgangsspannung erforderlich einstellen. Die Ausgangsspannung des Schaltreglers ist umgekehrt proportional zum von der Last benötigten Strom. Wenn von der Last ein größerer Strom benötigt wird, wird, wie für einen Fachmann bekannt, die Zeit, in der der Lastschalter in der EIN-Stellung gelassen wird, vergrößert, um den Strombedarf der Last zu befriedigen.
Diese Erfindung ermöglicht, daß ein Schaltregler bei niedrigen Ausgangsstrompegeln in den Burst-Modus eintritt, indem der Ausgangsspannungspegel abgetastet wird, ohne den Strom im Ausgang direkt abzutasten. Diese Erfindung kann mit nur geringfügigen Änderungen sowohl auf asynchrone als auch auf synchrone Wandler angewendet werden.
Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann ein spannungsrückgespeister Schaltregler so angepaßt werden, daß er einen automatischen Burst-Modus enthält. Der automatische Burst-Modus verbessert den Wirkungsgrad des Schaltreglers bei geringen Lastströmen. Außerdem arbeitet der Abtastmechanismus, der den Tastgrad des Schaltreglers bestimmt und die Schaltung auch in den Burst-Modus bringt, ohne zusätzliche Bestandteile im Laststromweg.
Um die Aufgaben der Erfindung zu lösen, hat ein gemäß den Prinzipien der Erfindung konstruierter Schaltregler bevorzugt einen Generator mit einem festen minimalen Signal ungleich null, um die Ausgangslast anzunähern, so daß der Schaltregler in den Burst-Modus eintritt, wenn der Laststrom unter einen vorbestimmten Pegel fällt. Dieses Signal wirkt, wie erklärt wird, mit einem pulsweitenmodulierten (PWM) Signal zusammen, um den Tastgrad zu steuern, wobei das PWM-Signal, wie auf dem Gebiet der Schaltregler wohlbekannt, umgekehrt proportional zur Ausgangsspannung ist.
Ein asynchrones System besteht typischerweise aus einem Stromschalter zu einem Knoten und einer Diode zwischen dem Knoten und Erde. Ein Induktor ist zwischen diesen Knoten und den Ausgang geschaltet, und typischerweise ist ein Kondensator von dem Ausgangsknoten zur Erde verbunden. Ein Rückkopplungsverstärker tastet die Spannung am Ausgangsknoten ab und weist eine Pulsweitenmodulatorschaltung (PWM) an, den Tastgrad des Steuersignals an den Stromschalter entsprechend anzupassen. Ein logischer Hochpegelzustand auf der Schaltsteuerungsleitung schaltet den Schalter an, während ein logischer Niedrigpegelzustand ihn ausschaltet.
Bei hohen Lastströmen leitet der Stromschalter Strom, während er eingeschaltet ist, und die Diode leitet den Strom die restliche Zeit. Während der Stromschalter leitend ist, nimmt der Strom in dem Induktor linear zu und erreicht unmittelbar, bevor der Stromschalter aufhört zu leiten, eine positive Spitze. Während die Diode leitet, nimmt der Strom in dem Induktor linear ab und erreicht unmittelbar, bevor die Diode aufhört zu leiten, einen minimalen Wert, so daß der Mittelwert des Spitze-Spitze-Wellenstroms, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt, in dem Induktor gleich dem Laststrom ist. Wenn der Laststrom fällt, erreicht die Schaltung den Punkt, an dem der Laststrom unter die Hälfte des Spitze-Spitze-Wellenstroms in dem Induktor fällt. Wenn dies passiert, kehrt der in dem Induktor fließende Strom während einem Teil des Zyklus um.
Sobald der Induktorstrom sich umkehrt, steigt die Spannung am Eingangsknoten (wo sich die Diode, der Schalter und der Induktor treffen) über Erde an, und die Leitung durch die Diode hört auf. Wenn die Schaltung in eine diskontinuierliche Leitung eintritt, wird die Zeit, in der die Diode leitet, daher verringert. Das Verkürzen der Leitungszeit der Diode kann die Ausgangsspannung erhöhen, weil die Ausgangsspannung von der Leitungszeit des Stromschalters und der Diode festgelegt wird. Um die Ausgangsspannung konstant zu halten, weist der Rückkopplungsverstärker die PWM-Schaltung an, die Einschaltdauer des Stromschalters proportional zur Verringerung der Leitungszeit der Diode zu verringern.
In einem asynchronen Schaltregler, der gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist, erzeugt ein PWM-Generator bevorzugt einen Tastgrad für den Stromschalter, welcher bevorzugt von einem MOSFET-Transistor gebildet werden kann, aber auch mit jedem anderen geeigneten Schalthalbleiter funktioniert, so daß der Tastgrad umgekehrt proportional zur Ausgangsspannung ist. Wenn zum Beispiel der von der Last geforderte Ausgangsstrom niedrig ist, steigt die Ausgangsspannung über den geregelten Pegel, und der Rückspeisungsmechanismus steuert den Tastgrad nach unten. Jedoch fällt der Tastgrad nicht unter einen vorbestimmten Pegel, weil der Generator mit festem minimalem Tastgradsignal ungleich null verhindert, daß der Tastgrad unter den vorbestimmten Pegel fällt. Daher wird der Tastgrad auf einem künstlich hohen Pegel gehalten.
An diesem Punkt versucht der Rückspeisungsmechanismus den Tastgrad sogar noch weiter zu verringern, da der Rückspeisungsmechanismus übermittelt, daß die Last mit mehr Strom versorgt wird als sie benötigt. Die zusätzliche Lieferung von Strom an die Last ergibt sich aus dem Signal, das von dem Generator mit einem festen minimalen Tastgradsignal ungleich null erzeugt wird. Dieses Verfahren läuft weiter, bis der Rückspeisungsmechanismus schließlich den Pulsweitenmodulatorgenerator anweist, daß ein Nullsignal erforderlich ist – das heißt, der Rückkopplungsverstärker weist den Schalter an, den Tastgrad in einem ausgeschalteten Zustand zu beginnen. Wenn von dem PWM-Generator am Beginn des Tastgrads ein AUS- oder Nullsignal erzeugt wird, wird der digitalen Logik signalisiert, den Schaltregler in den Burst-Modus zu bringen. Der Burst-Modus macht den minimalen Tastgrad ungleich null ebenso wie den normalen Tastgrad ungültig, und der Schaltregler schaltet ab. Dieser AUS-Zustand hält an, bis die Ausgangsspannung ausreichend abfällt, so daß der Rückspeisungsmechanismus am Beginn des Tastgrads von dem PWM-Generator einen EIN-Zustand fordert. Der PWM-Generator wird dann am Beginn des Tastgrads angeschaltet. Danach wird die digitale Logik informiert, daß der PWM-Generator nicht länger eine Nullausgabe fordert, und der Schaltregler wird neu gestartet. Das Nettoergebnis dieses Betriebs ist, während des Burst-Modus Energie zu sparen, weil der Schaltregler abschalten kann, bis der Ausgangsstrom erfordert, daß die PWM-Schaltung den Tastgrad wieder beginnt.
Ein synchroner Spannungs-Schaltregler kann verändert werden, so daß er auf eine ähnliche Weise wie ein asynchroner Spannungs-Schaltregler in den Burst-Modus eintritt. Der synchrone Fall unterscheidet sich von dem asynchronen Fall darin, daß die Diode durch einen zweiten Stromschalter ersetzt wird, welcher außer Phase mit dem ersten Stromschalter gesteuert wird.
Der Vorteil eines synchronen Systems gegenüber einem asynchronen System ist der niedrigere Energieverbrauch. Typischerweise ist der Leistungsverlust am zweiten Stromschalter wesentlich niedriger als der Leistungsverlust an der Diode, weil ein Schalter, der bevorzugt aus einem MOSFET-Transistor gebildet sein kann, einen Spannungsabfall hat, der proportional zu seinem EIN-Widerstand multipliziert mit dem in ihm fließenden Strom ist. Dieser Wert ist im allgemeinen niedriger als die typischen 700 Millivolt Spannungsabfall an der Diode, wenn sie leitet.
Im Gegensatz zur Diode im asynchronen Fall leitet jedoch der zweite Stromschalter im synchronen Fall den Strom in beide Richtungen und hört nicht auf zu leiten, wenn sich der Induktorstrom umkehrt. Wenn der Laststrom fällt, bleibt das Leitungszeitverhältnis zwischen den zwei Schaltern somit konstant, die Ausgangsspannung bleibt konstant, und die PWM-Schaltung tritt nie in den Burst-Modus ein. Daher erfordert der synchrone Schaltregler zusätzliche Bestandteile, um in den Burst-Modus einzutreten und ihn zu beenden.
Um es der Schaltung zu ermöglichen, in den Burst-Modus einzutreten, wird eine zusätzliche Schleife benötigt, um abzutasten, wenn der Induktorstrom sich umgekehrt hat, und den zweiten Stromschalter abzuschalten, wodurch er gezwungen wird, sich wie die Diode im asynchronen Fall zu verhalten. Dies kann bewerkstelligt werden, indem der Spannungsabfall an einem Widerstandselement in Reihe zum zweiten Stromschalter überwacht wird. Ein Vergleicher ist für die Aufgabe der Messung dieses Spannungsabfalls geeignet. Das Widerstandselement kann bevorzugt der Schalter selbst sein, weil es, wie weiter oben erwähnt, einen meßbaren Spannungsabfall an dem Schalter gibt, wenn er leitet. Wenn das Vorzeichen der Spannung an dem Widerstandselement anzeigt, daß der Induktorstrom sich umgekehrt hat, wird der zweite Stromschalter ausgeschaltet.
Typischerweise erfährt eine Schaltung mit einem Induktor und einigen Parasitärkapazitäten unerwünschtes Einschwingen. In einem gemäß der vorliegenden Erfindung aufge bauten Schaltregler kann Einschwingen auftreten, wenn der zweite Stromschalter einmal ausgeschaltet wurde. Dieses Einschwingen kann das Vorzeichen an dem Widerstandselement beeinflussen, wodurch bewirkt wird, daß der zweite Stromschalter in einer unerwünschten Art und Weise wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Wie erklärt wird, können zusätzliche Schaltungsanordnungen bevorzugt hinzugefügt werden, um das Wechseln des zweiten Stromschalters als Folge des Einschwingens in der Schaltung zu vermeiden.
Wie in 1 gezeigt und wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist, besteht ein asynchrones Spannungs-Schaltreglersystem 100 typischerweise aus einem ersten Stromschalter 102 zwischen Eingang und Knoten 104, einer zwischen den Knoten 104 und Erde geschalteten Diode 106, einem zwischen den Knoten 104 und einen Ausgangsknoten 114 geschalteten Induktor 108 und einem zwischen den Ausgangsknoten 114 und Erde geschalteten Kondensator 110. Ein Rückkopplungsverstärker 112 tastet die Spannung am Ausgangsknoten 114 ab, vergleicht diese Spannung mit einer Referenzspannung und weist die PWM-Schaltung 120 bevorzugt an, den Tastgrad des Steuersignals für den ersten Stromschalter anzupassen wie es der Laststrom erfordert. Der PWM-Generator 122 wird vom Haupttaktgeber 124 ausgelöst, einen Tastgrad zu beginnen. Ein logischer Hochpegelzustand auf der Schaltersteuerungsleitung schaltet den ersten Stromschalter 102 an, während ein logischer Niedrigpegelzustand ihn ausschaltet (wie durch die gestrichelte Linie an der Verbindung zwischen dem PWM-Generator 122 und dem ersten Stromschalter 102 angedeutet).
Bei hohen Lastströmen leitet der erste Stromschalter 102 Strom während er eingeschaltet ist, und die Diode 106 leitet im wesentlichen für den Rest der Zeit Strom. Wenn der Laststrom fällt, erreicht die Schaltung den Punkt, an dem der Laststrom unter die Hälfte des Spitze-Spitze-Wellenstroms in dem Induktor 108 fällt. Wenn dies passiert, kehrt sich der im Induktor 108 fließende Strom während eines Teils des Tastgrads um. Sobald der Induktorstrom sich umkehrt, steigt die Spannung am Knoten 104 über Erde an, und die Lei tung durch die Diode 106 hört auf. Da die Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 114 proportional zur Eingangsspannung ist, welche durch das Verhältnis der Leitungszeit des ersten Stromschalters 102 zu der der Diode 106 festgelegt ist, wird die Zeit, in der die Diode 106 leitet verringert, wenn die Schaltung in eine diskontinuierliche Leitung eintritt, wobei die Diode 106 zu leiten aufhört, bevor der nächste Zyklus beginnt. Um die Ausgangsspannung konstant zu halten, befiehlt der Rückkopplungsverstärker 112 somit der Pulsweiten-Modulatorschaltung 120, die Einschaltzeit des ersten Stromschalters 102 entsprechend zu verringern.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein asynchroner Spannungs-Schaltregler 200, wie in 2 gezeigt, die Prinzipien der Erfindung nutzen, um automatisch in den Burst-Modus einzutreten. Im asynchronen Fall kann die Schaltung die weiter oben erwähnte Änderung des Tastgrads als einen Hinweis verwenden, um in den Burst-Modus einzutreten. 2 stellt eine Schaltung dar, um dies gemäß den Prinzipien der Erfindung zubewerkstelligen.
Die PWM-Schaltung 220 in 2 erzeugt einen Tastgrad mit mindestens einem vorbestimmten Minimalwert, es sei denn, sie wird angewiesen, sich vollständig auszuschalten. Wenn der Laststrom fällt und der Rückkopplungsverstärker 112 einen niedrigeren Tastgrad als den vorbestimmten Wert fordert, antwortet die PWM-Schaltung 220 mit dem Minimalwert, wie er von dem Generator 226 mit festem minimalem Tastgrad ungleich null festgelegt ist. Der von dem ersten Stromschalter 102 gelieferte zusätzliche Strom bewirkt, daß die Spannung am Ausgangsknoten 114 ansteigt, wodurch bewirkt wird, daß der Rückkopplungsverstärker 112 sogar noch weniger Einschaltzeit von dem ersten Stromschalter 102 fordert. Der Rückkopplungsverstärker 112 paßt sich schnell an, um immer niedrigere Tastgrade zu fordern, bis er einen Tastgrad null fordert, um die Ausgangspannung zurück nach unten zu bringen. Die PWM-Schaltung 220 erkennt diesen Zustand, weil der Eingang des ersten als Teil der logischen Schaltung 222 vorgesehenen Burst-Flip-Flops FF1 228 mit dem Ausgang des PWM- Generators 122 verbunden ist, wodurch er die Ausgabe des PWM-Generators 122 am Beginn jedes Haupttaktzyklus empfängt. Der Haupttaktgeber 124 beginnt einen Zeitsteuerungszyklus für alle internen Komponenten. Wenn der Rückkopplungsverstärker 112 einen Tastgrad ungleich null fordert, ist die Ausgabe des PWM-Generators 226 am Beginn des Zyklus in einem logischen Hochpegelzustand. Wenn er im logischen Niedrigpegelzustand ist, wenn der Zyklus beginnt, nimmt die Schaltung an, daß der Rückkopplungsverstärker 112 einen Tastgrad von null befiehlt, und speichert den Niedrigpegelwert in dem Burst-Flip-Flop FF1 228. Die Ausgabe des Burst-Flip-Flops FF1 228 deaktiviert die Steuerung des ersten Stromschalters 102, indem sie ein logisches Niedrigpegelsignal an das UND-Glied 232 sendet. Das UND-Glied 232 sperrt den Signalweg zwischen dem Generator 226 mit festem minimalem Tastgrad ungleich null und dem ersten Stromschalter 102, was bewirkt, daß der Schaltregler 200 in den Burst-Modus eintritt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) kann dieses Signal von dem Burst-Flip-Flop FF1 228 verwendet werden, um ungenutzte Teile der Reglerschaltung 200, die im Burst-Modus nicht verwendet werden, abzuschalten, um eine zusätzliche Wirkungsgradverbesserung zu realisieren. Die Verwendung dieses Signals von dem Burst-Flip-Flop FF1 228 zum Ausschalten der Ausgangsstrom-Begrenzungsschaltung während des Burst-Modus ist eine geeignete Ausführungsform dieses Prinzips, weil es im allgemeinen stimmt, daß im Burst-Modus kein Überstromzustand auftritt.
Nachdem mehrere Zyklen ausgelassen wurden, fällt die Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 114 an den Punkt, an dem der Rückkopplungsverstärker 112 beginnt, wieder Ausgangspulse zu fordern. Die Pulsweiten-Modulatorschaltung 220 erkennt diesen Zustand, indem sie am Beginn des Haupttaktzyklus das Vorhandensein eines Signals von dem PWM-Generator 122 feststellt. Dieses Signal wird als ein logischer Hochpegel in dem Burst-Flip-Flop FF1 228 gespeichert, was die Steuerung des ersten Stromschalters 102 auslöst, welche beginnt, Signale zu empfangen, um Impulse zu erzeugen. Wenn der Laststrom gering bleibt, steigt die Spannung am Ausgangsknoten 114 schnell an den Punkt an, an dem der Rückkopplungsverstärker 112 eine Impulsbreite von null fordert, und der Burstzyklus wiederholt sich.
Nun betrachten wir den synchronen Fall: Eine synchrone Schaltreglerschaltung 300, wie in 3 gezeigt, unterscheidet sich von dem asynchronen Fall, weil die in 1 und 2 gezeigte Diode 106 durch einen zweiten Stromschalter 304 ersetzt wird, der phasenverschoben zum ersten Stromschalter 102 gesteuert wird.
Der zweite Stromschalter wird durch die folgende Ereignisabfolge im wesentlichen gleichzeitig angeschaltet wie der erste Stromschalter 102 ausgeschaltet wird: Zuerst, wenn der erste Stromschalter 102 eingeschaltet ist, ist der R-Eingang des RS-Latch-Flip-Flops (FF2) 232 hoch. Der S-Eingang von FF2 302 ist jedoch aufgrund des Aufbaus des Vergleichers 308 und des Anstiegsflanken-Detektors 303 niedrig. Das heißt, solange der Vergleicher 308 eine positive Spannung zwischen dem Knoten 104 und Erde registriert, was passiert, wenn der erste Stromschalter 102 eingeschaltet ist, sendet der Vergleicher 308 ein konstantes Hochpegelsignal an den Anstiegsflanken-Detektor 303. Der Anstiegsflanken-Detektor 303 sendet dann ein Niedrigpegelsignal an den S-Eingang von FF2 302 (siehe Zustandstabelle des Anstiegsflanken-Detektors in 11, welche darstellt, daß eine kontinuierliche hohe Eingabe an den Anstiegsflanken-Detektor 303 ein Niedrigpegelsignal ausgibt. Der Aufbau des Anstiegsflanken-Detektors 303 ist in 10 gezeigt. Ein Anstiegsflanken-Detektor ist eine Schaltung, die auf einen positiven Übergang an ihrem Eingang mit einem kurzen positiven Impuls an ihrem Ausgang antwortet. Dieser Aufbau legt nahe, daß der Anstiegsflanken-Detektor aufgrund der geringfügigen Ausbreitungsverzögerung durch die drei Inverter 312 nur nach einem positiven Übergang eine Hochpegelausgabe aussendet. Diese Ausbreitungsverzögerung durch die drei Inverter bewirkt, wie Fachleuten bekannt ist, daß das UND-Glied 314 nach einem positiven Übergang kurz an beiden Eingängen einen Hochpegel hat, wodurch eine kurze Hochpegelausgabe am Ende des UND-Glieds 314 verursacht wird. Auf diese Weise ist die Ausgabe unter allen anderen Bedingungen, wie in der Zustandstabelle in 11 gezeigt, ein logischer Niedrigpegel, weil entweder die Inverter ein Niedrigpegelsignal erzeugen oder die Verbindung zu Vin ein Niedrigpegelsignal erzeugt. Der Feinabgleich der Zeitsteuerung des Anstiegsflanken-Detektors 303 kann bewerkstelligt werden, indem an einer geeigneten Stelle ein Kondensator plaziert wird.) Auf diese Weise ist der Q-Ausgang des FF2 302 auf einem Niedrigpegel, weil er einen Hochpegel-R-Eingang und einen Niedrigpegel-S-Eingang hat (siehe Zustandstabelle für FF2 in 4). Wenn sich der erste Stromschalter 102 ausschaltet, wird der R-Eingang des FF2 302 niedrig, und einer der Eingänge des NOR-Glieds 306 wird niedrig. Der R-Eingang des FF2 302, der niedrig wird, beeinflußt nicht den Q-Ausgang des FF2 302, der niedrig bleibt, weil er den Zustand hält, in dem er davor war (siehe den zweiten Zustand der Zustandstabelle in 4). Auf diese Weise sind beide Eingänge des NOR-Glieds 306 niedrig, und der Ausgang des NOR-Glieds 306 wird hoch, was den zweiten Stromschalter 304 einschaltet.
Im Gegensatz zur Diode 106 in 1 und 2 kann der zweite Stromschalter 304 Strom in beide Richtungen leiten und leitet weiterhin, wenn sich der Induktorstrom umkehrt. Wenn der Laststrom fällt, bleibt das Leitungszeitverhältnis zwischen dem ersten Stromschalter 102 und dem zweiten Stromschalter konstant, und die PWM-Schaltung 220 würde in einem unveränderten Zustand nicht in den Burst-Modus eintreten.
Um zu ermöglichen, daß der synchrone Schaltregler 300 in den Burst-Modus eintritt, wird eine zusätzliche Schleife benötigt, um abzutasten, wenn sich der Induktorstrom umgekehrt hat, und danach den zweiten Stromschalter 304 auszuschalten, wodurch der zweite Stromschalter 304 gezwungen wird, sich wie die Diode 106 im asynchronen Fall zu verhalten. Unter bestimmten Umständen kann der Burst-Modus durch den dritten Zustand in den Zustandstabellen von 4 und 5 dargestellt werden, welche dem entsprechen, daß beide Schalter ausgeschaltet sind. Dieser Zustand entspricht dem Burst-Modus, wenn der Rückspeisungsmechanismus 112 während diesem Zustand am Beginn des Tastgrads eine von dem PWM-Generator 122 erzeugte Nullausgabe fordert und dadurch den ersten Stromschalter wirkungsvoll ausschaltet.
Der Zustand, daß beide Schalter ausgeschaltet sind, kann durch die folgenden Ereignisse auftreten: Der erste Stromschalter 102 wird in eine ausgeschaltete Stellung gebracht oder „geöffnet". Danach kann sich der Stromfluß in dem Induktor nicht sofort ändern, und als Folge beginnt die Spannung am Knoten 104, sich ins Negative zu bewegen. Er wird aber von dem zweiten Stromschalter 304, der sich im wesentlichen, wie weiter oben erklärt, gleichzeitig mit dem Einschalten oder Ausschalten des ersten Stromschalters 102 einschaltet (in eingeschalteter Stellung verbindet der zweite Stromschalter 304 den Knoten 104 im wesentlichen mit Erde), auf einer geringfügig niedrigeren Spannung als Erde gehalten.
Nachdem der zweite Stromschalter 304 sich eingeschaltet hat und den in dem Induktor 108 gespeicherten Strom ausreichend abgeleitet hat wird der Stromabfall am Knoten 104 und am Widerstandselement 610 (siehe 6) in Reihe zum zweiten Stromschalter 304, wie er von einem Vergleicher 308 gemessen wird, positiv. Der Vergleicher 308 kann den Spannungsabfall am Widerstandselement 610 und dem Schalter 304 messen, wie beim Schaltregler 600 in 6 gezeigt, oder nur am Widerstandselement 710, wie beim Schaltregler 700 in 7 gezeigt. Dieses Widerstandselement kann bevorzugt der zweite Stromschalter 304 selbst sein (wie in 3 gezeigt), weil etwas Strom durch den relativ kleinen Spannungsabfall an dem zweiten Stromschalter 304 verloren geht, was dazu führt, daß der zweite Stromschalter 304 als ein Widerstandselement wirkt. In letzterem Fall mißt der Vergleicher 308 den Spannungsabfall direkt am zweiten Stromschalter 304.
Wenn das Vorzeichen der Spannung am Widerstandselement, in der bevorzugten Ausführungsform am zweiten Stromschalter 304, positiv wird, wird angenommen, daß sich der Induktorstrom umgekehrt hat. Die positive Spannung am zweiten Stromschalter 304 führt dazu, daß der zweite Stromschalter 304 ausgeschaltet wird, weil der Vergleicher 308 ein Hochpegelsignal an den Anstiegsflanken-Detektor 303 sendet.
Bei der Anstiegsflanke des Hochpegelsignals von dem Vergleicher 308 sendet der Anstiegsflanken-Detektor 303 ein Hochpegelsignal an den S-Eingang des RS-Latch-Flip-Flops FF2 302. Dies bewirkt, daß der S-Eingang, wie im vierten Zustand der Zustandstabelle in 11 gezeigt, hoch geht, wodurch der Q-Ausgang des RS-Latch-Flip-Flops 302 erhöht wird. Dieses Hochpegelsignal am Q-Ausgang des RS-Latch-Flip-Flops FF2 303 sendet ein Hochpegelsignal an einen der Eingänge des NOR-Glieds 306, was das NOR-Glied zwingt, einen Niedrigpegel auszugeben, wie im dritten Zustand der Zustandstabelle in 5 gezeigt. Wenn die Schaltung weder im Burst-Modus ist noch in den Burst-Modus eintritt, schließt sich der erste Stromschalter 102 bevorzugt im wesentlichen gleichzeitig mit dem Öffnen des zweiten Stromschalters 304, weil von der Pulsweitenmodulationsschaltung 220 ein Tastgrad gefordert wird.
Wenn sich der zweite Stromschalter 304 ausschaltet, kann der Knoten 104 kurz hochimpedant werden und oszilliert, wie auf dem Fachgebiet bekannt, da der Induktor mit am Knoten 104 zu findenden Parasitärkapazitäten eine LC-Schaltung bildet. Um zu verhindern, daß der zweite Stromschalter ein und aus schwingt, wenn der Knoten 104 unter Erde schwingt, wird das erste Ausschaltereignis für den zweiten Stromschalter 304 verwendet, um einen RS-Latch-Flip-Flop FF2 302 zu setzen. Bei diesem ersten Ausschaltereignis hält der RS-Latch-Flip-Flop FF2 302 den zweiten Stromschalter 302 während unerwünschtem Schwingen ausgeschaltet, weil der RS-Latch-Flip-Flop FF2 302 durch zusätzliche logische Niedrigpegel- oder logische Hochpegelausgaben vom Anstiegsflanken- Detektor 303 unbeeinflußt bleibt. (Siehe Zustandstabelle von 4, die anzeigt, daß Q, wenn S mindestens einmal hoch gegangen ist, durch weitere Änderungen von S nicht beeinflußt wird, solange R niedrig bleibt.) Zum Zeitpunkt, wenn der erste Stromschalter 102 sich einschaltet, kann der RS-Latch-Flip-Flop FF2 302 Ausgang Q für eine kurze Zeit undefiniert werden, weil der Vergleicher 308 die Anstiegsflanke eines Hochpegelsignals an den Anstiegsflanken-Detektor 303 sendet, welcher ein kurzes Hochpegelsignal an den S-Eingang des FF2 302 sendet (siehe Zustand 4 in der Zustandstabelle in 4). Dieser undefinierte Zustand beeinflußt den Betrieb der Schaltung jedoch nicht, weil das NOR-Glied 306 die Q-Ausgabe des RS-Latch-Flip-Flops 302 überschreibt.
Zusammenfassend ist der Hauptunterschied zwischen asynchronen und synchronen Schaltungen der Betrieb des zweiten Stromschalters 304 in 3 im Vergleich zum Betrieb der Diode 106 in 1 und 2. Der erste Stromschalter 102 tritt jedoch in der synchronen Schaltung auf ähnliche Weise in den Burst-Modus ein und aus wie er in der asynchronen Schaltung in den Burst-Modus eintritt und ihn beendet. Wenn der Laststrom hinreichend abnimmt, bewirkt die PWM-Schaltung 220 somit, daß der erste Stromschalter 102 sich auf die weiter oben unter Bezug auf die asynchrone Schaltung beschriebene Weise ausschaltet.
Daher schaltet sich diese veränderte synchrone Schaltung auf eine ähnliche Weise wie die in 2 beschriebene asynchrone Schaltung in den Burst-Modus und aus dem Burst-Modus, wodurch der Wirkungsgrad bei niedrigen Lastströmen verbessert wird, während die Wirkungsgradvorteile einer synchronen Schaltschaltung bei hohen Strömen erhalten bleiben.
Alle in dieser Anwendung bis zu diesem Punkt be schriebenen Schaltungen sind Ausgleichs- oder Abwärtsregler. Abwärtsregler werden verwendet, um den Pegel der Ausgangsgleichspannung unter den Mittelwert der ungeregelten Eingangsspannung zu erniedrigen. Verstärkungs- oder Aufwärtsregler können verwendet werden, um den Pegel der Ausgangs gleichspannung über die der ungeregelten Eingangsspannung zu heben.
8 zeigt einen Aufwärts-Schaltregler 800, der gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist. Der Hauptunterschied zwischen dem Aufwärts-Schaltregler 800 und dem in 3, 6 und 7 gezeigten Schaltregler 300 ist die Position des Induktors und der Schalter.
In dem in 8 gezeigten Aufwärts-Schaltregler besetzt der erste Stromschalter 802 die Position, an der in 1 und 2 die Diode 106 plaziert war. Der Induktor 808 besetzt die Position des ersten Stromschalters 102 in 1–3 und 6–7. Der zweite Stromschalter 816 besetzt die Position des Induktors 108 in 1–3 und 6–7. Bevorzugt ist der Hauptunterschied zwischen dem Ausgangssignal des Aufwärts-Schaltreglers 800 und des Abwärts-Schaltreglers von 1–3 und 6–7, daß die Signalgröße im Aufwärts-Schaltregler 800 erhöht statt verringert wird.
9 zeigt einen asynchronen Aufwärts-Schaltregler, der gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist. Die für den synchronen Betrieb notwendige Schaltungsanordnung wurde entfernt und durch die zwischen den Eingangsknoten 904 und den Ausgangsknoten 114 geschaltete Diode 906 ersetzt. Der erste Stromschalter 902 dient im wesentlichen zum gleichen Zweck wie der erste Stromschalter 802 in 8.
Somit wird erkannt, daß Spannungs-Schaltreglerschaltungen geliefert werden, die fähig sind, automatisch in den Burst-Modus einzutreten und ihn zu beenden. Der Schaltregler kann sowohl für Abwärts- als auch für Aufwärtskonfigurationen konstruiert werden.

Claims

Asynchroner Spannungs-Schaltregler (100, 200) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Schaltregler fähig ist, automatisch in den Burst-Modus einzutreten und ihn zu beenden, wobei der Schaltregler aufweist: eine Schaltschaltung (102) mit einem Tastgrad; eine Pulsweitenmodulatorschaltung (PWM) (120, 220) mit einem PWM-Generator, einem Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich Null, der unabhängig von der Spannung an dem Schaltreglerausgang ist, einem Eingang und einem Ausgang, wobei der PWM-Schaltungsausgang mit der Schaltschaltung verbunden ist, wobei der Schaltregler auf der Basis von Signalen, die von der PWM-Schaltung (120, 220) geliefert werden, in den Burst-Modus eintritt und ihn beendet; und eine zwischen den Schaltreglerausgang und den Eingang des PWM-Generators (122) geschaltete Rückkopplungsschaltung (112), die ein Rückkopplungssignal an die PWM-Schaltung liefert, welches von der Spannung an dem Schaltreglerausgang abgeleitet ist.
Schaltregler nach Anspruch 1, wobei die Schaltschaltung (102) aufweist: ein Schaltelement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit dem Schaltreglereingang verbunden ist; einen zwischen das zweite Ende des Schaltelements und den Schaltreglerausgang geschalteten Induktor (108); eine zwischen das zweite Ende des Schaltelements und Erde geschaltete Diode (104); und einen zwischen den Schaltreglerausgang und Erde geschalteten Ausgangskondensator.
Schaltregler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der PWM-Generator (122) einen ersten mit der Rückkopplungsschaltung verbundenen Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, der Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null einen Eingang und einen Ausgang aufweist und die PWM-Schaltung ferner aufweist: einen Haupttaktgeber (124) mit einem ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des PWM-Generators verbunden ist, und einem zweiten Ausgang, der mit dem Eingang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem dritten Ausgang; eine logische Schaltung (222) mit einem ersten Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, einem dritten Eingang, der mit dem dritten Ausgang des Haupttaktgebers verbunden ist, und einem mit der Schaltschaltung verbundenen Ausgang.
Schaltregler nach Anspruch 3, wobei die logische Schaltung (222) aufweist: einen Burst-Flip-Flop (228) mit einem D-Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem Takteingang, der mit dem dritten Taktgeberausgang verbunden ist, und einem Q-Ausgang; ein ODER-Glied mit einem ersten Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem Ausgang; und ein UND-Glied (232) mit einem ersten Eingang, der mit dem ODER-Glied-Ausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Q-Ausgang des Burst-Flip-Flops verbunden ist, und einem Ausgang, der mit der Schaltschaltung verbunden ist, so daß das UND-Glied den Tastgrad für die Schaltschaltung (102) einstellt.
Schaltregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rückkopplungsschaltung einen Rückkopplungsverstärker (112) aufweist, bei dem ein positiver Anschluß mit einer Referenzspannung verbunden ist, ein negativer Anschluß mit dem Schaltreglerausgang verbunden ist und ein Ausgangsanschluß mit dem PWM-Schaltungseingang verbunden ist.
Synchroner Spannungs-Schaltregler (300) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Schaltregler fähig ist, automatisch in den Burst-Modus einzutreten und ihn zu beenden, und aufweist: eine Schaltschaltung mit einem ersten Tastgrad und einem zweiten Tastgrad, der im wesentlichen phasenverschoben zum ersten Tastgrad ist; eine Pulsweitenmodulatorschaltung (PWM) (220) mit einem PWM-Generator, einem Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null, der unabhängig von der Spannung an dem Schaltreglerausgang ist, einem Eingang und einem Ausgang, wobei der PWM-Schaltungsausgang mit der Schaltschaltung verbunden ist, wobei der Schaltregler (300) auf der Basis von Signalen, die von der PWM-Schaltung geliefert werden, in den Burst-Modus eintritt und ihn beendet; und eine zwischen den Schaltreglerausgang und den PWM-Schaltungseingang geschaltete Rückkopplungsschaltung (112), die ein Rückkopplungssignal an die PWM-Schaltung liefert, welches von der Spannung an dem Schaltreglerausgang abgeleitet ist.
Schaltregler nach Anspruch 6, wobei die Schaltschaltung aufweist: ein erstes Schaltelement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit dem Schaltreglereingang (300) verbunden ist, wobei das erste Schaltelement derart mit der PWM-Schaltung verbunden ist, daß das erste Schaltelement sich ansprechend auf den ersten Tastgrad, wie er von der PWM-Schaltung geliefert wird öffnet und schließt; einen zwischen das zweite Ende des ersten Schaltelements und den Schaltreglerausgang geschalteten Induktor; ein zweites Schaltelement (304), das zwischen den PWM-Schaltungsausgang und das zweite Ende des ersten Schaltelements geschaltet ist, wobei das zweite Schaltelement sich ansprechend auf den zweiten Tastgrad teilweise öffnet und schließt; und einen zwischen den Schaltreglerausgang und Erde geschalteten Ausgangskondensator.
Schaltregler nach Anspruch 7, wobei das zweite Schaltelement (304) aufweist: einen Vergleicher (308) mit einem negativen Anschluß, einem positiven Anschluß und einem Ausgangsanschluß, wobei der positive Anschluß mit dem zweiten Ende des ersten Schaltelements verbunden ist und der negative Anschluß mit Erde verbunden ist; einen Anstiegsflanken-Detektor (303) mit einem Eingang, der mit dem Vergleicherausgangsanschluß verbunden ist, und einem Ausgang; einen RS-Latch-Flip-Flop (302) mit einem R-Eingang, einem S-Eingang und einem Q-Ausgang, wobei der S-Eingang mit dem Ausgang des Anstiegsflanken-Detektors verbunden ist, der R-Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist; und ein NOR-Glied (306) mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist, wobei der zweite Eingang mit dem Q-Ausgang des RS-Latch-Flip-Flops verbunden ist und der Ausgang des NOR-Glieds mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist, so daß das NOR-Glied den Tastgrad für das zweite Schaltelement liefert.
Schaltregler nach Anspruch 7, wobei das zweite Schaltelement (304) aufweist: ein zwischen das zweite Ende des zweiten Schaltelements und Erde geschaltetes Widerstandselement; einen Vergleicher mit einem negativen Anschluß, einem positiven Anschluß und einem Ausgangsanschluß, wobei der positive Anschluß mit dem ersten Ende des ersten Schaltelements verbunden ist und der negative Anschluß mit Erde verbunden ist; einen Anstiegsflanken-Detektor mit einem Eingang, der mit dem Vergleicherausgangsanschluß verbunden ist, und einem Ausgang; einen RS-Latch-Flip-Flop mit einem R-Eingang, einem S-Eingang und einem Q-Ausgang, wobei der S-Eingang mit dem Ausgang des Anstiegsflanken-Detektors verbunden ist und der R-Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist; und ein NOR-Glied mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist, der zweite Eingang mit dem Q-Ausgang des RS-Latch-Flip-Flops verbunden ist und der Ausgang des NOR-Glieds mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist, so daß die Ausgabe des NOR-Glieds das zweite Schaltelement öffnet und schließt.
Schaltregler nach Anspruch 7, wobei das zweite Schaltelement (304) aufweist: ein zwischen das zweite Ende des zweiten Schaltelements und Erde geschaltetes Widerstandselement; einen Vergleicher mit einem negativen Anschluß, einem positiven Anschluß und einem Ausgangsanschluß, wobei der positive Anschluß mit dem zweiten Ende des zweiten Schaltelements verbunden ist und der negative Anschluß mit Erde verbunden ist; einen Anstiegsflanken-Detektor mit einem Eingang, der mit dem Vergleicherausgangsanschluß verbunden ist, und einem Ausgang; einen RS-Latch-Flip-Flop mit einem R-Eingang, einem S-Eingang und einem Q-Ausgang, wobei der S-Eingang mit dem Ausgang des Anstiegsflanken-Detektors verbunden ist und der R-Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist; und ein NOR-Glied mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist, der zweite Eingang mit dem Q-Ausgang des RS-Latch-Flip-Flops verbunden ist und der Ausgang des NOR-Glieds mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist, so daß die Ausgabe des NOR-Glieds das zweite Schaltelement öffnet und schließt.
Schaltregler nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der PWM-Generator (122) einen ersten mit der Rückkopplungsschaltung verbundenen Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, der unabhängige Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null einen Eingang und einen Ausgang aufweist und die PWM-Schaltung ferner aufweist: einen Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null mit einem Eingang und einem Ausgang; einen Haupttaktgeber (124) mit einem ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des PWM-Generators verbunden ist, einem zweiten Ausgang, der mit dem Eingang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem dritten Ausgang, der mit dem Takteingang des Burst-Flip-Flops verbunden ist; eine logische Schaltung (222) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des PWM-Generators verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, einem dritten Eingang, der mit dem dritten Ausgang des Haupttaktgebers verbunden ist, und einem Ausgang, der mit der Schaltschaltung verbunden ist.
Schaltregler nach Anspruch 11, wobei die logische Schaltung (222) aufweist: einen Burst-Flip-Flop mit einem D-Eingang, der mit dem Ausgang des PWM-Generators verbunden ist, einem Takteingang und einem Q-Ausgang; einen Haupttaktgeber mit einem ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des PWM-Generators (122) verbunden ist, einem zweiten Ausgang, der mit dem Eingang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem dritten Ausgang, der mit dem Takteingang des Burst-Flip-Flops verbunden ist; ein ODER-Glied mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des PWM-Generators verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem Ausgang; und ein UND-Glied mit einem ersten Eingang, der mit dem ODER-Glied-Ausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Q-Ausgang des Burst-Flip-Flops verbunden ist, und einem Ausgang, der mit der Schaltschaltung verbunden ist.
Schaltregler nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die Rückkopplungsschaltung einen Rückkopplungsverstärker aufweist mit einem positiven Anschluß, der mit einer Referenzspannung verbunden ist, einem negativen Anschluß, der mit dem Ausgang des Schaltreglers verbunden ist, und einem Ausgangsanschluß, der mit der PWM-Schaltung verbunden ist.
Asynchroner Aufwärts-Spannungs-Schaltregler (900) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Schaltregler fähig ist, automatisch in den Burst-Modus einzutreten und ihn zu beenden, wobei der Schaltregler (900) aufweist: eine Schaltschaltung (902) mit einem Tastgrad; eine Pulsweitenmodulatorschaltung (PWM) (220) mit einem PWM-Generator, einem Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null, der unabhängig von der Spannung an dem Schaltreglerausgang ist, einem Eingang und einem Aus gang, wobei der PWM-Schaltungsausgang mit der Schaltschaltung verbunden ist, der Tastgrad von der PWM-Schaltung (220) eingestellt wird, der Schaltregler auf der Basis von Signalen, die von der PWM-Schaltung (220) geliefert werden, in den Burst-Modus eintritt und ihn beendet; und eine zwischen den Schaltreglerausgang und den PWM-Schaltungseingang geschaltete Rückkopplungsschaltung (112), die ein Rückkopplungssignal an die PWM-Schaltung liefert, welches der Spannung an dem Schaltreglerausgang entspricht.
Schaltregler nach Anspruch 14, wobei die Schaltschaltung aufweist: einen Induktor (808) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit dem Schaltreglereingang verbunden ist; ein zwischen das zweite Ende des Induktors und Erde geschaltetes Schaltelement; eine zwischen das zweite Ende des Induktors und den Schaltreglerausgang geschaltete Diode (906); und einen zwischen den Schaltreglerausgang und Erde geschalteten Ausgangskondensator (110).
Schaltregler nach Anspruch 14 oder 15, wobei der PWM-Generator (122) einen mit der Rückkopplungsschaltung verbundenen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, der unabhängige Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null einen Eingang und einen Ausgang aufweist und die PWM-Schaltung (220) ferner aufweist: einen Haupttaktgeber (124) mit einem ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des PWM-Generators (122) verbunden ist, und einem zweiten Ausgang, der mit dem Eingang des unabhängigen Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem dritten Ausgang; eine logische Schaltung mit einem ersten Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des unabhängigen Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, einem dritten Eingang, der mit dem dritten Ausgang des Haupttaktgebers verbunden ist, und einem mit der Schaltschaltung verbundenen Ausgang.
Schaltregler nach Anspruch 16, wobei die logische Schaltung aufweist: einen Burst-Flip-Flop (228) mit einem D-Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem Takteingang, der mit dem dritten Taktgeberausgang verbunden ist, und einem Q-Ausgang; ein ODER-Glied (230) mit einem ersten Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des unabhängigen Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem Ausgang; und ein UND-Glied (232) mit einem ersten Eingang, der mit dem ODER-Glied-Ausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Q-Ausgang des Burst-Flip-Flops verbunden ist, und einem Ausgang, der mit der Schaltschaltung verbunden ist, so daß das UND-Glied den ersten Tastgrad für die Schaltschaltung einstellt.
Schaltregler nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Rückkopplungsschaltung einen Rückkopplungsverstärker (112) aufweist, bei dem ein positiver Anschluß mit einer Referenzspannung verbunden ist, ein negativer Anschluß mit dem Schaltreglerausgang verbunden ist und ein Ausgangsanschluß mit dem PWM-Schaltungseingang verbunden ist.
Synchroner Aufwärts-Spannungs-Schaltregler (800) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Schaltregler (800) fähig ist, automatisch in den Burst-Modus einzutreten und ihn zu beenden, wobei der Schaltregler (800) aufweist: einen Induktor (808) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit dem Schaltreglereingang verbunden ist; einen ersten Stromschalter (102) mit einem ersten Tastgrad, wobei der erste Stromschalter (102) zwischen das zweite Ende des Induktors und Erde geschaltet ist; einen zweiten Stromschalter (816) mit einem ersten Ende, das mit dem zweiten Ende des Induktors (808) verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit dem Schaltreglerausgang verbunden ist, wobei der zweite Stromschalter einen zweiten Tastgrad hat, einen Vergleicher mit einem positiven Anschluß, der mit dem Schaltreglerausgang verbunden ist, einem negativen Anschluß, der mit dem zweiten Ende des Induktors verbunden ist, und einem Ausgang; einen Anstiegsflanken-Detektor (303) mit einem Eingang, der mit dem Vergleicherausgangsanschluß verbunden ist, und einem Ausgang; einen Latch-Flip-Flop (302) mit einem R-Eingang, einem S-Eingang und einem Q-Ausgang, wobei der S-Eingang mit dem Ausgang des Anstiegsflanken-Detektors verbunden ist und der R-Eingang mit dem PWM-Schaltungsausgang verbunden ist; und ein NOR-Glied (306) mit einem ersten Eingang, der mit dem Q-Ausgang des Latch-Flip-Flops verbunden ist, einem zweiten Eingang und einem Ausgang, der mit dem zweiten Stromschalter verbunden ist, so daß das NOR-Glied den zweiten Tastgrad für den zweiten Stromschalter liefert; einen zwischen den Schaltreglerausgang und Erde geschalteten Kondensator (110); einen Rückkopplungsverstärker (112) mit einem positiven Anschluß, der mit einer Referenzspannung verbunden ist, einem negativen Anschluß, der mit dem Schaltreglerausgang verbunden ist, und einem Ausgangsanschluß; einen PWM-Generator (122) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers verbunden ist, einem zweiten Eingang und einem Ausgang; einen Generator (226) mit festem minimalem Tastgrad ungleich null mit einem Eingang und einem Ausgang; einen Burst-Flip-Flop (228) mit einem D-Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem Takteingang und einem Q-Ausgang; einen Haupttaktgeber (124) mit einem ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des PWM-Generators verbunden ist, einem zweiten Ausgang, der mit dem Eingang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem dritten Ausgang, der mit dem Takteingang des Burst-Flip-Flops verbunden ist; ein ODER-Glied (230) mit einem ersten Eingang, der mit dem PWM-Generatorausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Generators mit festem minimalem Tastgrad ungleich null verbunden ist, und einem Ausgang; und ein UND-Glied (232) mit einem ersten Eingang, der mit dem ODER-Glied-Ausgang verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Q-Ausgang des Burst-Flip-Flops verbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem R-Eingang des Latch-Flip-Flops und mit dem zweiten Eingang des NOR-Glieds verbunden ist und derart mit dem ersten Stromschalter verbunden ist, daß das UND-Glied den Tastgrad für die Schaltschaltung einstellt.
Asynchroner Spannungs-Schaltregler nach Anspruch 1, wobei der PWM-Schaltungsausgang mit der Schaltschaltung verbunden ist und wobei das Rückkopplungssignal dazu dient, den Tastgrad einzustellen, wobei der unabhängige Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null bei geringen Lastbedingungen ein Minimalsignal an die PWM-Schaltung liefert, wodurch der Tastgrad auf einem höheren Pegel gehalten wird als dem von der Rückkopplungsschaltung festeelegten, bis die Rückkopplung einen Tastgrad von null festlegt, wobei der Schaltregler an diesem Punkt in den Burst-Modus eintritt.
Synchroner Spannungs-Schaltregler nach Anspruch 6, wobei der erste Tastgrad von der PWM-Schaltung eingestellt wird und der zweite Tastgrad teilweise von der PWM-Schaltung eingestellt wird und wobei das Rückkopplungssignal dazu dient, den ersten Tastgrad einzustellen und teilweise den zweiten Tastgrad einzustellen, und wobei der unabhängige Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null bei geringen Lastbedingungen ein Minimalsignal an die PWM-Schaltung liefert, wodurch der erste Tastgrad auf einem höheren Pegel gehalten wird als dem von der Rückkopplungsschaltung festgelegten, bis die Rückkopplungsschaltung einen Tastgrad von null festlegt, wobei der Schaltregler an diesem Punkt in den Burst-Modus eintritt.
Asynchroner Aufwärts-Spannungs-Schaltregler nach Anspruch 14, wobei das Rückkopplungssignal zum Einstellen des Tastgrads dient und wobei der unabhängige Generator mit festem minimalem Tastgrad ungleich null bei geringen Lastbedingungen ein Minimalsignal an die PWM-Schaltung liefert, wodurch der Tastgrad auf einem höheren Pegel gehalten wird als dem von der Rückkopplungsschaltung festgelegten, bis die Rückkopplungsschaltung einen Tastgrad von null festlegt, wobei der Schaltregler an diesem Punkt in den Burst-Modus eintritt.
Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines asynchronen Spannungs-Schaltreglers (100, 200), wobei das Verfahren aufweist: Ableiten eines Rückkopplungssignals mit einer Größe, die auf der Ausgangsspannung basiert; bei nicht geringen Lastbedingungen Herstellen eines Tastgrads des Schaltreglers als eine Funktion der Höhe des Rückkopplungssignals, um die Ausgangsspannung zu regeln; und bei geringen Lastbedingungen: Aufrechterhalten des Tastgrads auf einem Pegel, der höher als der ist, der durch die Größe des Rückkopplungssignals hergestellt würde, wodurch bewirkt wird, daß die Größe des Rückkopplungssignals sich in eine Richtung ändert, bei der ein niedrigerer Tastgrad erzeugt wird; und Steuern des Schaltreglers in den Burst-Modus, um Strom zu sparen, wenn die Größe des Rückkopplungssignals derart ist, daß sie bei nicht geringen Lastbedingungen einen Tastgrad von null bewirken würde.
Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines synchronen Spannungs-Schaltreglers (300), wobei das Verfahren aufweist: Ableiten eines Rückkopplungssignals mit einer Größe, die auf der Ausgangsspannung basiert; bei nicht geringen Lastbedingungen Herstellen eines ersten Tastgrads des Schaltreglers als eine Funktion der Höhe des Rückkopplungssignals, um die Ausgangsspannung zu regeln, und eines zweiten Tastgrads des Schaltreglers teilweise als eine Funktion der Höhe des Rückkopplungssignals, um zur Regelung der Ausgangsspannung beizutragen; und bei geringen Lastbedingungen: Aufrechterhalten des ersten Tastgrads auf einem Pegel, der höher als der ist, der durch die Größe des Rückkopplungssignals hergestellt würde, wodurch bewirkt wird, daß die Größe des Rückkopplungssignals sich in eine Richtung ändert, bei der der erste Tastgrad erniedrigt wird; und Steuern des Schaltreglers in den Burst-Modus, um Strom zu sparen, wenn die Größe des Rückkopplungssignals derart ist, daß sie bei nicht geringen Lastbedingungen einen ersten Tastgrad von null bewirken würde.
Verfahren zum Regeln der Spannung eines asynchronen Aufwärts-Spannungs-Schaltreglers (900), wobei das Verfahren aufweist: Ableiten eines Rückkopplungssignals mit einer Größe, die auf der Ausgangsspannung basiert; bei nicht geringen Lastbedingungen Herstellen eines Tastgrads des Schaltreglers als eine Funktion der Höhe des Rückkopplungssignals, um die Ausgangsspannung zu regeln; und bei geringen Lastbedingungen: Aufrechterhalten des Tastgrads auf einem Pegel, der höher als der ist, der durch die Größe des Rückkopplungssignals hergestellt würde, wodurch bewirkt wird, daß die Größe des Rückkopplungssignals sich in eine Richtung ändert, bei der ein niedrigerer Tastgrad erzeugt wird; und Steuern des Schaltreglers in den Burst-Modus, um Strom zu sparen, wenn die Größe des Rückkopplungssignals derart ist, daß sie bei nicht geringen Lastbedingungen einen Tastgrad von null bewirken würde.