Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102005015992B4 - DC-DC-Wandler - Google Patents

DC-DC-Wandler Download PDF

Info

Publication number
DE102005015992B4
DE102005015992B4 DE102005015992A DE102005015992A DE102005015992B4 DE 102005015992 B4 DE102005015992 B4 DE 102005015992B4 DE 102005015992 A DE102005015992 A DE 102005015992A DE 102005015992 A DE102005015992 A DE 102005015992A DE 102005015992 B4 DE102005015992 B4 DE 102005015992B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
output
current
input
voltage
pulse signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102005015992A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102005015992A1 (de
Inventor
Kevin Scoones
Jörg Kirchner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Deutschland GmbH
Original Assignee
Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Deutschland GmbH filed Critical Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority to DE102005015992A priority Critical patent/DE102005015992B4/de
Priority to US11/278,982 priority patent/US7362083B2/en
Publication of DE102005015992A1 publication Critical patent/DE102005015992A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102005015992B4 publication Critical patent/DE102005015992B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

DC-DC-Wandler, mit einer Induktivität, die in Reihe mit einem Leistungstransistor zwischen zwei Anschlüsse einer Gleichstromversorgungsquelle geschaltet ist, und eine Modulatorschaltung mit einem Steuerausgang, der mit einem Steuergate des Leistungstransistors verbunden ist, wobei die Modulatorschaltung ein periodisches Impulssignal erzeugt, dessen Tastverhältnis die Ausgangsspannung an einem Ausgangsanschluss des Wandlers bestimmt; ferner mit: – einem Oszillator, der die Frequenz des periodischen Impulssignals bestimmt; – einer Steueranordnung, die basierend auf r der Eingangsspannung, der gemessenen Ausgangsspannung und dem Stromfluss durch die Induktivität ein angenähertes Tastverhältnis für das Impulssignal voreinstellt; und – einem Fehlerverstärker mit einem ersten Eingang, der mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgangsanschluss des Wandlers verbunden ist, und einem Ausgang, der ein Korrektursignal bereitstellt, das von dem Modulator zur Einstellung des Tastverhältnisses des Impulssignals verwendet wird; – dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator einen Stromerzeuger (14) aufweist, der einen zur Ausgangsspannung proportionalen Kernstrom (Ic)...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen DC-DC-Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein DC-DC-Wandler dieser Gattung, die aus dem Datenblatt TPS 61100/3/6/7 von Texas Instruments bekannt ist, hat eine Induktivität, die in Reihe mit einem Leistungstransistor zwischen ersten und zweiten Anschlüssen einer Gleichstromversorgungsquelle geschaltet ist, und eine Modulatorschaltung mit einem Steuerausgang, der mit einem Steuergate des Leistungstransistors verbunden ist. In einem derartigen Wandler stellt die Modulatorschaltung ein periodisches Impulssignal bereit, dessen Tastverhältnis die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss des Wandlers bestimmt.
  • In einem typischen Schaltwandler mit Vorwärtssteuerung wird die Amplitude eines Sägezahn-Rampensignals in einem Pulsweitenmodulator proportional zu der Versorgungsspannung verändert. Wandler mit Vorwärtssteuerung zeigen gute Stabilität bei geringer Genauigkeit. Zur Erhöhung der Genauigkeit wird ein Fehlerverstärker hinzugefügt, der die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und ein Korrektursignal bereitstellt. Für eine hohe Genauigkeit muss der analoge Regelkreis eine hohe Verstärkung haben, wodurch sich potentiell Stabilitätsprobleme ergeben. Externe Kompensationsbauelemente können zur Sicherstellung der Stabilität erforderlich sein.
  • Weiterhin ist ein Offline-Spannungsversorgungscontroller UCC1889 bekannt (Integrated Circuits Unitrode Datenblatt UCC1889, UCC2889, UCC3889), der eine Vorsteuerung eines DC-DC-Wandlers mit der Eingangsspannung und der gemessenen Ausgangsspannung offenbart, wobei diese mit Stromspiegeln realisiert wird.
  • Für Anwendungen in tragbaren Geräten sollten Schaltwandler klein und billig sein. Integrierte CMOS-Schaltungen decken beide Ansprüche ab, aber ein Bedarf an externen Kompensationsbauelementen würde die inhärenten Vorteile dieser Technologie beeinträchtigen.
  • Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, einen DC-DC-Wandler zu schaffen, der es erlaubt, eine hohe Schaltfrequenz mit niederohmigen Schaltern, guter Genauigkeit und keinerlei externen Kompensationsbauelementen zu verwenden.
  • Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen DC-DC-Wandler durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Somit wird eine Multipfad-Vorwärtssteuerungstopologie (Feedforward-Topologie) vorgeschlagen, die dem Modulator Informationen bezüglich der Eingangsspannung, der Ausgangsspannung und des Schaltstroms bereitstellt. Das Vorwärtsregelungskonzept wird durch einen Fehlerverstärker mit geringem Verstärkungsgrad ergänzt, der die Ausgangsspannung mit der vorzugsweise internen Referenzspannung vergleicht.
  • Mit einer Implementierung in CMOS-Technologie, einer hohen Schaltfrequenz und ohne einen Bedarf an externer Kompensation werden kleine und billige Wandler verfügbar. Auf Grund der Vorwärtsregelungspfade weisen sie ein schnelles Ansprechverhalten auf. Der Betrieb mit einer festen Schaltfrequenz führt zu einer bekannten Frequenz des Schaltrauschens und ermöglicht auch die Synchronisation mit externen Taktsignalen.
  • Von den drei verschiedenen Vorwärtssteuerpfaden wird einer von dem Fehlerverstärker verwendet. Tatsächlich ist der Fehlerverstärker vorzugsweise ein Transkonduktanzverstärker, dessen Ausgangssignal zur Kopie des Kernsignals, das von der Vorwärtsregelungsanordnung zur Bestimmung des Tastverhältnisses des Impulssignals verwendet wird, hinzugefügt wird, und die Vorwärtssteueranordnung enthält eine Timerschaltung mit einem Kondensator, der periodisch auf die Eingangsspannung geladen und durch die kombinierte Kopie des Kernstroms und des Ausgangssignals des Transkonduktanzverstärkers entladen wird.
  • Wie zuvor erwähnt, sollte der Fehlerverstärker einen geringen Verstärkungsgrad haben, um Stabilitätsprobleme zu vermeiden, wodurch externe Kompensation überflüssig wird. Der geringe Verstärkungsgrad, z. B. 20 dB, reicht immer noch für ein schnelles Übergangsverhalten aus. Aber auf Grund des geringen Verstärkungsgrads kann die Genauigkeit des durch den Modulator erzeugten Tastverhältnisses eventuell nicht ausreichen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein erster Komparator bereitgestellt, um eine positive Abweichung der Ausgangsspannung von einem Zielwert zu erkennen, und ein zweiter Komparator wird bereitgestellt, um eine negative Abweichung der Ausgangsspannung von dem Zielwert zu erkennen. Der erste und zweite Komparator haben jeweils einen Ausgang, der mit einem Eingang einer Logikschaltung innerhalb des Modulators verbunden ist. Die Logikschaltung hat ein Steuerausgangssignal, das an den Stromerzeuger angelegt wird, um den Strom, der von der Vorwärtsregelungsanordnung zur Bestimmung des Tastverhältnisses des Impulssignals verwendet wird, geringfügig zu verändern. Hierdurch wird nicht nur die Genauigkeit verbessert, sondern letztendlich wird auch eine digitale Selbstkalibrierung des Ausgangssignals des Wandlers bereitgestellt. Dementsprechend wird eine analoge Schleife mit geringem Verstärkungsgrad mit einer digitalen Selbstkalibrierung mit hohem Verstärkungsgrad kombiniert.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 ein generisches Blockdiagramm eines integrierten DC-DC-Schaltwandlers in CMOS-Technologie; und
  • 2 ein Blockdiagramm eines Pulsweitenmodulators gemäß 1.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Induktivität L in Reihe mit einem NMOS-Leistungstransistor MN1 zwischen Eingangsanschluss VIN und Masse geschaltet. Der Knoten N zwischen Induktivität L und Transistor MN1 ist über einen PMOS-Leistungstransistor MP1 mit einem Ausgangsanschluss VOUT verbunden. Die Ausgangsspannung an Anschluss VOUT wird über einen Kondensator C gepuffert. Ein Modulator 10 erzeugt ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal, das an das Gate des Transistors MN1 angelegt wird. Modulator 10 liefert auch ein Steuersignal, das an das Gate des Transistors MP1 angelegt wird. Im Grunde ist der Takt des an den Transistor MP1 angelegten Steuersignals im Vergleich zu dem des Transistors MN1 entgegengesetzt, so dass Transistor MP1 durchschaltet (ON), wenn Transistor MN1 sperrt (OFF) und umgekehrt.
  • Eingangssignale an Modulator 10 sind die Eingangsspannung bei VIN, die Spannung an Knoten N und die Ausgangsspannung bei VOUT. Modulator 10 tastet während der Durchschaltzeiten des Transistors MN1 die Spannung an Knoten N ab. Geteilt durch den bekannten Durchschaltwiderstand des Transistors MN1 steht die abgetastete Spannung stellvertretend für den Strom, der durch die Induktivität L fließt.
  • Es sollte klar sein, dass die Leistungstransistoren MN1 und MP1 in Modulator 10 in einer integrierten CMOS-Schaltung enthalten sind, und nur Induktivität L und Kondensator C externe Bauelemente sind.
  • Im Diagramm gemäß 2 ist ersichtlich, dass die Spannung an Knoten N mit der Frequenz und dem Tastverhältnis des an den Transistor MN1 angelegten Steuersignals abgetastet wird. Die Abtastwerte werden über eine RC-Kombination geglättet und an den nicht invertierenden Eingang eines Komparators COMP1 angelegt, dessen invertierender Eingang mit einem mit Masse verbundenen Kondensator Ctoff verbunden ist, der periodisch auf Eingangsspannung VIN aufgeladen und über einen Stromaddierer I entladen wird, der, wie später erläutert wird, einen Entladepfad bereitstellt. Das Ausgangssignal TOFF des Komparators COMP1 wird an einen Eingang einer Steuerlogik 12 angelegt, die einen Ausgang hat, der mit Gatetreibern (nicht gezeigt) für die Leistungstransistoren MN1 und MP1 verbunden ist. Das Ausgangssignal TOFF des Komparators COMP1 bestimmt die Sperrzeit des Transistors MN1.
  • Die Periode des pulsweitenmodulierten Steuersignals wird durch einen mit einem Komparator COMP2 implementierten Oszillator bestimmt. Komparator COMP2 hat einen invertierenden Eingang, der mit einem Referenzknoten R (wird später erklärt) verbunden ist, und einen nicht invertierenden Eingang, der mit einem mit Masse verbundenen Kondensator Cosc und mit einem Stromausgang I1 eines Stromerzeugers 14 verbunden ist. Ein über den Ausgang OSC des Komparators COMP2 gesteuerter Schalter entlädt Kondensator Cosc periodisch auf Masse. Der Ausgang OSC des Komparators COMP2 ist auch mit einem Eingang der Steuerlogik 12 verbunden.
  • Stromerzeuger 14 erzeugt mit Hilfe einer internen Stromquelle einen Kernstrom Ic. Kernstrom Ic wird durch einen NMOS-Transistor MN2 und einen mit Masse verbundenen Endwiderstand Rtoff_osc geleitet, wobei der Knoten zwischen Widerstand Rtoff_osc und Transistor MN2 der oben erwähnte Referenzknoten R ist. Das Gate des Transistors MN2 wird durch den Ausgang eines Fehlerverstärkers 16 gesteuert, dessen invertierender Eingang mit Knoten R verbunden ist, und dessen nicht invertierender Eingang mit dem Abgriff eines ohmschen Spannungsteilers mit Widerständen 4R und R, der die Ausgangsspannung VOUT teilt, verbunden ist. Im Inneren des Stromerzeugers 14 wird der Kernstrom Ic mit einem entsprechenden Verhältnis auf Stromausgang I1 kopiert. Eine weitere Kopie I2 geht an den oben erwähnten Stromaddierer I. Eine dritte Kopie geht an einen Versorgungseingang eines Transkonduktanzfehlerverstärkers 18, dessen Ausgangssignal ebenfalls an Stromaddierer I geleitet wird.
  • Fehlerverstärker 18 hat einen invertierenden Eingang, der über eine RC-Kombination 20 mit Anschluss VOUT verbunden ist, und einen nicht invertierenden Eingang, der mit einer Referenzspannungsquelle VREF verbunden ist. Referenzspannungsquelle VREF kann intern, eine aus einer Mehrzahl von verschiedenen Quellen oder extern sein.
  • Zwei Komparatoren sind im Fehlerverstärker 18 integriert, die sich die Eingangsstufen des Transkonduktanzverstärkers teilen und lediglich zusätzliche Ausgangsstufen darstellen. Die Ausgangssignale COMP_HI und COMP_LO werden ebenfalls als Eingangssignale an die Steuerlogik 12 geleitet. Diese integrierten Komparatoren haben Schwellwerte, die auf eine vorbestimmte kleine Abweichung von der Referenzspannung VREF, z. B. 1,6%, gesetzt sind. In der Steuerlogik 12 inkrementieren oder dekrementieren die Ausgangssignale COMP_HI und COMP_LO einen Auf-/Abwärts-Zähler, je nach dem, welcher Ausgang aktiv ist. Dieser Zähler bestimmt einen Wert N, mit dem der Kernstrom Ic multipliziert wird, um vom Stromerzeuger 14 zum Stromaddierer I geleitet zu werden. Wie in 2 veranschaulicht, werden die von Stromerzeuger 14 gelieferten Ströme I2a, I2b und I2c, die alle vom Kernstrom Ic kopiert sind, wahlweise, wie durch einen Ausgang der Steuerlogik 12 bestimmt, zu Strom I2 addiert, der an Stromaddierer I geleitet wird. Durch Änderung des Faktors N, der in Stromerzeuger 14 zur Anpassung des an Stromaddierer I geleiteten Entladestroms verwendet wird, wie auch in Kombination mit dem Ausgangsstrom von Fehlerverstärker 18, implementiert der Zähler in der Steuerlogik 12 eine digitale Selbstkalibrierung der Ausgangsspannung des Wandlers bei VOUT.
  • Im Blockdiagramm gemäß 2 werden alle direkt für den Steueralgorithmus relevanten Bauteile so gezeigt, wie sie für einen Aufwärtswandler implementiert werden. Stromgrenzwert, Übertemperaturabschaltung, Rauschunterdrückungsschalter, UVLO (Unterspannungssperre), Einschaltschaltungen etc. wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Der Steueralgorithmus kann gleichermaßen auch für Tiefsetzsteller oder Hoch-Tiefsetzsteller verwendet werden.
  • Im Betrieb werden Informationen bezüglich Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Strom durch die Induktivität an den Modulator weitergeleitet, der ein Tastverhältnis erzeugt, das extrem nahe an dem tatsächlich benötigten liegt. Für einen Aufwärtswandler bedeutet das die Erzeugung der Sperrzeit des NMOS-Leistungstransistors MN1. Wenn dies perfekt ausgeführt werden könnte, ergäbe sich daraus kein Bedarf für Last- und Spannungsregelung, selbst ohne einen Fehlerverstärker.
  • Da der Modulator 10 automatisch ein Tastverhältnis vorhersagt, das sehr nahe am korrekten Tastverhältnis liegt, kann der Fehlerverstärker 18 so implementiert werden, dass die Schleifenverstärkung relativ gering bleibt. Der Fehlerverstärker 18 ist auch darauf ausgelegt, der gesamten Schleife unabhängig von Eingangs- und Ausgangsspannung eine geringe Frequenzverstärkung zu bieten, wodurch die Kompensation über den weiten Bereich von Eingangs- und Ausgangsspannungen erleichtert wird. Der geringe Verstärkungsgrad (in diesem Beispiel angenommen mit 20 dB) ist noch immer ausreichend für ein schnelles Übergangsverhalten. Auf Grund des geringen Verstärkungsgrads ist es möglich, dass das Modulator-Tastverhältnis nicht ganz ausreichend genau ist. Um dies zu beheben, werden die zwei Komparatoren in dem Fehlerverstärker 18 integriert, die erkennen, wenn die Ausgangsspannung außerhalb eines Fensters von +/–1,6% liegt. Wenn dies für eine gewisse Zeit eintritt (16 Oszillatorperioden), wird der digitale Zähler in der Steuerlogik 12 inkrementiert oder dekrementiert. Das Ausgangssignal dieses Zählers wird dafür verwendet, den von dem Modulator 10 zum Festsetzen des Tastverhältnisses verwendeten Strom anzupassen.
  • In dem Blockdiagramm wird der Stromerzeugungsblock 14 dafür verwendet, einen Kernstrom zu erzeugen, der proportional zur Ausgangsspannung ist. Dieser Kernstrom wird für mehrere andere Blöcke kopiert. Der Fehlerverstärker 18 erhält eine Kopie, um die Herstellung einer gut definierten Gm zu ermöglichen und gleichzeitig die Offsets für die zwei Komparatoren, die sich das Differenzeingangspaar des Fehlerverstärkers 18 teilen, zu erzeugen. Der Block TOFF TIMER, einschließlich des Komparators COMP1, empfangt ebenfalls ein Vielfaches des Kernstroms, der zur Entladung von Ctoff und zur Bestimmung der Sperrzeit des NMOS-Leistungstransistors MN1 verwendet wird, nähere Einzelheiten folgen später. Die letzte Kopie geht an den Oszillator mit Komparator COMP1, der auch den Bruchteil der Ausgangsspannung empfängt, die zur Erzeugung des Kernstroms als dessen Referenzspannung verwendet wird. Somit bleibt die Oszillatorperiode konstant und gleich T = Cosc·Rtoff, unabhängig davon, welche Ausgangsspannung programmiert ist.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Oszillatorperiode und die stabile Dauer des TOFF TIMER so gut wie möglich übereinstimmen, da sich der Fehlerverstärker dann auf die Verbesserung des Ansprechverhaltens des Wandlers auf Leitungs- und Lasttransienten konzentrieren kann. Dies wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Widerstands Rtoff_osc für die beiden Funktionen gefördert, wodurch nur noch die Kondensatoren angepasst werden müssen, was relativ einfach ist.
  • Der TOFF TIMER hat eine Referenzspannung, die gleich dem Durchschnittsstrom durch die Induktivität L mal dem Durchschaltwiderstand (ON) des Transistors MN1 ist. Die Referenzspannung wird hergestellt, indem lediglich die Drain-Spannung des Transistors abgetastet wird, wenn dieser voll durchschaltet (ON). Nach jeder Sperrzeit wird der Kondensator Ctoff zurück auf V geladen, und somit ist die Sperrzeit gleich
    Figure 00090001
    Wobei N das Vielfache des Kernstroms ist, der von dem Stromerzeuger 14 zu TOFF TIMER gesendet wird. Bei Teilung durch die Oszillatorperiode erzeugt dies genau das benötigte Tastverhältnis, unter Berücksichtigung von Leitungsabweichungen und Verlusten auf Grund der Leistungstransistorimpedanz. Somit wird der Fehlerverstärker für interessantere Sachen frei gemacht.
  • Die beiden in Fehlerverstärker 18 integrierten Komparatoren sind lediglich zusätzliche Ausgangsstufen von dem Haupttranskonduktanzverstärker, dies verbessert den Gleichlauf der Komparatoren, sowohl untereinander als auch mit dem tatsächlichen Fehlerverstärker. In diesem Beispiel sind die Komparator-Schwellwerte auf +/–1,6% der Referenzspannung gesetzt, damit sich die Ausgangssignale COMP_HI bzw. COMP_LO ergeben. Diese Schwellwerte können einigermaßen genau festgesetzt werden, da der Offset auf demselben Strom basiert, der für die Festsetzung der Gm der Eingangsstufe verwendet wird.
  • COMP_HI und COMP_LO werden der Steuerlogik 12 zugeführt, die den internen Auf-/Abwärts-Zähler inkrementieren oder dekrementieren kann, je nach dem, welcher Ausgang aktiv ist. Dieser Zähler bestimmt den Wert N in dem Stromerzeuger 14, wodurch eine digitale Selbstkalibrierung der Ausgangsspannung des Wandlers implementiert wird.

Claims (9)

  1. DC-DC-Wandler, mit einer Induktivität, die in Reihe mit einem Leistungstransistor zwischen zwei Anschlüsse einer Gleichstromversorgungsquelle geschaltet ist, und eine Modulatorschaltung mit einem Steuerausgang, der mit einem Steuergate des Leistungstransistors verbunden ist, wobei die Modulatorschaltung ein periodisches Impulssignal erzeugt, dessen Tastverhältnis die Ausgangsspannung an einem Ausgangsanschluss des Wandlers bestimmt; ferner mit: – einem Oszillator, der die Frequenz des periodischen Impulssignals bestimmt; – einer Steueranordnung, die basierend auf r der Eingangsspannung, der gemessenen Ausgangsspannung und dem Stromfluss durch die Induktivität ein angenähertes Tastverhältnis für das Impulssignal voreinstellt; und – einem Fehlerverstärker mit einem ersten Eingang, der mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgangsanschluss des Wandlers verbunden ist, und einem Ausgang, der ein Korrektursignal bereitstellt, das von dem Modulator zur Einstellung des Tastverhältnisses des Impulssignals verwendet wird; – dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator einen Stromerzeuger (14) aufweist, der einen zur Ausgangsspannung proportionalen Kernstrom (Ic) erzeugt und mehrere Stromspiegel enthält, die den Kernstrom (Ic) mit vorbestimmten Verstärkungsverhältnissen kopieren, wobei eine erste Kopie (I1) des Kernstroms (Ic) von dem Oszillator dafür verwendet wird, um die Frequenz des Impulssignals zu bestimmen, wobei eine zweite Kopie (I2) des Kernstroms von der Steueranordnung dafür verwendet wird, um das Tastverhältnis des Impulssignals zu bestimmen, und wobei eine dritte Kopie (I3) des Kernstroms von dem Fehlerverstärker (18) dafür verwendet wird, um das Korrektursignal zu bestimmen.
  2. DC-DC-Wandler gemäß Anspruch 1, bei dem der Fehlerverstärker ein Transkonduktanzverstärker ist, dessen Ausgangssignal zur Kopie (I2) des Kernstroms, die von der Steueranordnung zur Bestimmung des Tastverhältnisses des Impulssignals verwendet wird, hinzugefügt wird.
  3. DC-DC-Wandler gemäß Anspruch 2 bei dem die Steueranordnung eine Timerschaltung mit einem Kondensator (Ctoff) enthält, der periodisch auf die Eingangsspannung (VIN) geladen und durch die Kombination der zweiten Kopie (i2) des Kernstroms mit dem Ausgangssignal des Transkonduktanzverstärkers entladen wird.
  4. DC-DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Modulator einen Differenzverstärker (16) mit einem ersten Eingang, an dem ein Bruchteil der Ausgangsspannung (VOUT) anliegt, einem zweiten Eingang, an dem ein Rückkopplungssignal anliegt, und einem Ausgang umfasst, der den Stromerzeuger (14) steuert, um den Kernstrom (Ic) zu steuern, wobei das Rückkopplungssignal als Spannungsabfall an einem Widerstand (Rtoff_osc) im Pfad des Kernstroms abgeleitet wird.
  5. DC-DC-Wandler gemäß Anspruch 4, bei dem der Oszillator einen Referenzeingang umfasst, an dem eine Referenzspannung anliegt, die von einem Spannungsabfall an demselben Widerstand (Rtoff_osc) im Pfad des Kernstroms (Ic) abgeleitet wird.
  6. DC-DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Fehlerverstärker (18) einen geringen Verstärkungsgrad aufweist und einen ersten Komparator (COMP_HI) beinhaltet, der eine positive Abweichung der Ausgangsspannung von einem Sollwert erkennt, und einen zweiten Komparator (COMP_LO) beinhaltet, der eine negative Abweichung der Ausgangsspannung von dem Sollwert erkennt, wobei der erste und zweite Komparator jeweils einen Ausgang aufweisen, der mit einem Eingang einer Logikschaltung (12) innerhalb des Modulators verbunden ist, und die Logikschaltung (12) ein Steuerausgangssignal an den Stromerzeuger (14) abgibt, das den von der Steueranordnung zur Bestimmung des Tastverhältnisses des Impulssignals verwendeten Strom beeinflußt.
  7. DC-DC-Wandler gemäß Anspruch 6, bei dem der erste und zweite Komparator (COMP_HI, COMP_LO) in dem Fehlerverstärker (18) integriert sind und sich ein Differenzeingangstransistorpaar des Fehlerverstärkers teilen.
  8. DC-DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Strom durch die Induktivität (L) durch Abtastung der Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen der Induktivität (L) und dem Leistungstransistor (MP1) erkannt wird.
  9. DC-DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der als CMOS-Schaltkreis implementiert ist.
DE102005015992A 2005-04-07 2005-04-07 DC-DC-Wandler Expired - Fee Related DE102005015992B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005015992A DE102005015992B4 (de) 2005-04-07 2005-04-07 DC-DC-Wandler
US11/278,982 US7362083B2 (en) 2005-04-07 2006-04-07 DC-DC converter with modulator circuit having a feed forward structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005015992A DE102005015992B4 (de) 2005-04-07 2005-04-07 DC-DC-Wandler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005015992A1 DE102005015992A1 (de) 2006-10-19
DE102005015992B4 true DE102005015992B4 (de) 2011-09-15

Family

ID=37055216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005015992A Expired - Fee Related DE102005015992B4 (de) 2005-04-07 2005-04-07 DC-DC-Wandler

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7362083B2 (de)
DE (1) DE102005015992B4 (de)

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11881814B2 (en) 2005-12-05 2024-01-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US10693415B2 (en) 2007-12-05 2020-06-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US8816535B2 (en) 2007-10-10 2014-08-26 Solaredge Technologies, Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8963369B2 (en) 2007-12-04 2015-02-24 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8319483B2 (en) 2007-08-06 2012-11-27 Solaredge Technologies Ltd. Digital average input current control in power converter
US8319471B2 (en) 2006-12-06 2012-11-27 Solaredge, Ltd. Battery power delivery module
US11687112B2 (en) 2006-12-06 2023-06-27 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US9112379B2 (en) 2006-12-06 2015-08-18 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US8473250B2 (en) 2006-12-06 2013-06-25 Solaredge, Ltd. Monitoring of distributed power harvesting systems using DC power sources
US8618692B2 (en) 2007-12-04 2013-12-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US8947194B2 (en) 2009-05-26 2015-02-03 Solaredge Technologies Ltd. Theft detection and prevention in a power generation system
US11888387B2 (en) 2006-12-06 2024-01-30 Solaredge Technologies Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US9130401B2 (en) 2006-12-06 2015-09-08 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11569659B2 (en) 2006-12-06 2023-01-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11728768B2 (en) 2006-12-06 2023-08-15 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US11855231B2 (en) 2006-12-06 2023-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11309832B2 (en) 2006-12-06 2022-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11296650B2 (en) 2006-12-06 2022-04-05 Solaredge Technologies Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8384243B2 (en) 2007-12-04 2013-02-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11735910B2 (en) 2006-12-06 2023-08-22 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US9088178B2 (en) 2006-12-06 2015-07-21 Solaredge Technologies Ltd Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8013472B2 (en) 2006-12-06 2011-09-06 Solaredge, Ltd. Method for distributed power harvesting using DC power sources
JP4374033B2 (ja) * 2007-02-26 2009-12-02 株式会社ルネサステクノロジ スイッチング電源回路
EP2232690B1 (de) 2007-12-05 2016-08-31 Solaredge Technologies Ltd. Parallel geschaltete umrichter
US11264947B2 (en) 2007-12-05 2022-03-01 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
EP3496258A1 (de) 2007-12-05 2019-06-12 Solaredge Technologies Ltd. Sicherheitsmechanismus in verteilten strominstallationen
US8049523B2 (en) 2007-12-05 2011-11-01 Solaredge Technologies Ltd. Current sensing on a MOSFET
WO2009118683A2 (en) 2008-03-24 2009-10-01 Solaredge Technolgies Ltd. Zero voltage switching
EP3719949B1 (de) 2008-05-05 2024-08-21 Solaredge Technologies Ltd. Gleichstromleistungskombinierer
US7923973B2 (en) 2008-09-15 2011-04-12 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to reduce line current harmonics from a power supply
US8742740B2 (en) * 2008-09-19 2014-06-03 Power Integrations, Inc. Digital peak input voltage detector for a power converter controller
US8040114B2 (en) 2008-11-07 2011-10-18 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to increase efficiency in a power factor correction circuit
US8004262B2 (en) * 2008-11-07 2011-08-23 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to control a power factor correction circuit
DE102009005615A1 (de) * 2009-01-22 2010-07-29 Continental Automotive Gmbh Gleichspannungswandler für ein Kraftfahrzeug
US8232788B2 (en) * 2009-06-22 2012-07-31 Seagate Technology Llc Quasi-continuous voltage regulator and controller
US8159202B2 (en) * 2009-06-22 2012-04-17 Seagate Technology Llc Quasi-continuous voltage regulator with dual polarity outputs
US10673229B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
US10673222B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
US10230310B2 (en) 2016-04-05 2019-03-12 Solaredge Technologies Ltd Safety switch for photovoltaic systems
GB2485527B (en) 2010-11-09 2012-12-19 Solaredge Technologies Ltd Arc detection and prevention in a power generation system
JP5721403B2 (ja) 2010-11-18 2015-05-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 昇降圧回路及び昇降圧回路制御方法
GB2486408A (en) 2010-12-09 2012-06-20 Solaredge Technologies Ltd Disconnection of a string carrying direct current
GB2483317B (en) 2011-01-12 2012-08-22 Solaredge Technologies Ltd Serially connected inverters
US8723499B2 (en) * 2011-02-24 2014-05-13 Maxim Integrated Products, Inc Systems and methods for feed-forward control of load current in DC to DC buck converters
CN102075089B (zh) * 2011-02-25 2012-10-03 电子科技大学 带有数字校正功能的功率变换器
US9614094B2 (en) * 2011-04-29 2017-04-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device including oxide semiconductor layer and method for driving the same
US8570005B2 (en) 2011-09-12 2013-10-29 Solaredge Technologies Ltd. Direct current link circuit
GB2498365A (en) 2012-01-11 2013-07-17 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic module
GB2498790A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Maximising power in a photovoltaic distributed power system
US9853565B2 (en) 2012-01-30 2017-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Maximized power in a photovoltaic distributed power system
GB2498791A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic panel circuitry
GB2499991A (en) 2012-03-05 2013-09-11 Solaredge Technologies Ltd DC link circuit for photovoltaic array
JP6227890B2 (ja) 2012-05-02 2017-11-08 株式会社半導体エネルギー研究所 信号処理回路および制御回路
US10115841B2 (en) 2012-06-04 2018-10-30 Solaredge Technologies Ltd. Integrated photovoltaic panel circuitry
US9548619B2 (en) 2013-03-14 2017-01-17 Solaredge Technologies Ltd. Method and apparatus for storing and depleting energy
EP3506370B1 (de) 2013-03-15 2023-12-20 Solaredge Technologies Ltd. Bypass-mechanismus
CN107153212B (zh) 2016-03-03 2023-07-28 太阳能安吉科技有限公司 用于映射发电设施的方法
US11081608B2 (en) 2016-03-03 2021-08-03 Solaredge Technologies Ltd. Apparatus and method for determining an order of power devices in power generation systems
US10599113B2 (en) 2016-03-03 2020-03-24 Solaredge Technologies Ltd. Apparatus and method for determining an order of power devices in power generation systems
US11018623B2 (en) 2016-04-05 2021-05-25 Solaredge Technologies Ltd. Safety switch for photovoltaic systems
US12057807B2 (en) 2016-04-05 2024-08-06 Solaredge Technologies Ltd. Chain of power devices
US11177663B2 (en) 2016-04-05 2021-11-16 Solaredge Technologies Ltd. Chain of power devices
US10432092B2 (en) * 2017-11-17 2019-10-01 Texas Instruments Incorporated Self-calibrated DC-DC converter
DE102017127263B4 (de) * 2017-11-20 2021-02-18 Infineon Technologies Ag Schaltwandler, der pulsweitenmodulation und currentmode-steuerung verwendet
CN108039816A (zh) * 2017-12-21 2018-05-15 郑州云海信息技术有限公司 一种采用ac前馈改善emi的新型频率调制方法及装置
US10686379B2 (en) * 2018-02-06 2020-06-16 Linear Technology Holding, LLC Load current feedforward schemes for current-mode controlled power converters
TWI671974B (zh) * 2018-02-13 2019-09-11 立錡科技股份有限公司 充電電路及其電源轉換電路
WO2021124910A1 (ja) * 2019-12-17 2021-06-24 ローム株式会社 出力帰還制御回路
EP4270719A4 (de) * 2021-01-21 2024-05-08 Huawei Technologies Co., Ltd. Ladeschaltung einer batterie und elektronische vorrichtung
CN114785127B (zh) * 2022-04-15 2024-04-02 西安电子科技大学重庆集成电路创新研究院 一种多模式平滑过渡的宽输入范围dc-dc转换器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6700807B1 (en) * 2001-05-30 2004-03-02 Cypress Semiconductor Corp. Flexible converter

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4415960A (en) * 1982-03-29 1983-11-15 Sperry Corporation Line variable overcurrent protection for a voltage conversion circuit
US4580090A (en) * 1983-09-16 1986-04-01 Motorola, Inc. Maximum power tracker

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6700807B1 (en) * 2001-05-30 2004-03-02 Cypress Semiconductor Corp. Flexible converter

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Datenblatt TPS61100/3/6/7 der Firma Texas Instruments *
Datenblatt UCC1889 der Firma Unitrode *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005015992A1 (de) 2006-10-19
US20070085523A1 (en) 2007-04-19
US7362083B2 (en) 2008-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005015992B4 (de) DC-DC-Wandler
DE19814681B4 (de) Current-Mode-Schaltregler
DE60309155T2 (de) Stromfühlerschaltung
DE69929033T2 (de) Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verwendbar als Batterieladegerät und Ladeverfahren zum Aufladen einer Batterie
DE102006013524B4 (de) Schaltwandler mit mehreren Wandlerstufen
DE102015204021B4 (de) Dynamische Strombegrenzungsschaltung
DE69626991T2 (de) Leistungstransistorsteuerschaltung für Spannungsregler
DE102017127263A1 (de) Schaltwandler, der pulsweitenmodulation und currentmode-steuerung verwendet
DE19837153A1 (de) Pulsweitenmodulierter Gleichspannungswandler
DE112017000391T5 (de) Abtastloser Abwärtsstromregler mit Strommittelwert-Schaltsteuerung
DE102009001531A1 (de) Gleichrichterschaltung
DE3725339A1 (de) Automatische justierschaltung zum justieren der zeitkonstanten einer filterschaltung
DE102016101058A1 (de) Auf Rückkopplungs-Spannungsregler basierende Vorspannungs- und Treiberschaltung für eine elektrische Last
DE112008000205T5 (de) Differenzialamplitudengesteuerter Sägezahngenerator
DE102007020999A1 (de) Ladungspumpe zur Erzeugung einer Eingangsspannung für einen Operationsverstärker
DE102010005276B4 (de) Elektronische Vorrichtung zur Steuerung eines Frequenzmodulationsindexes und Verfahren zur Frequenzmodulation
DE102017220237B4 (de) Entfernen eines Kompensationsrampe-Offsets
DE112021003799T5 (de) Verfahren, system und vorrichtung für konstante, hohe schaltfrequenz und pwm-steuerung mit engem tastverhältnis von dc-dc-wandlern und genaue pfm-steuerung bei geringer last
DE102022205548A1 (de) Halbleiterbauelement und schaltnetzteil
DE102013020577B3 (de) Spannungsregler
DE102016122191A1 (de) Stromschwellenwerterkennung bei Synchronregelung
DE602004009781T2 (de) Verfahren zur regelung eines verstärkers mit variabler verstärkung und elektronische schaltung
DE10237122A1 (de) Schaltung und Verfahren zur Einstellung des Arbeitspunkts einer BGR-Schaltung
EP1389359A2 (de) Gleichspannungswandler mit schaltregler
DE102008008831B4 (de) Strombegrenzte Spannungsquelle mit weitem Eingangsstrombereich

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20111216

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee