DE102021207159A1 - Hybrid-Leistungswandler - Google Patents

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DE102021207159A1
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Dialog Semiconductor UK Ltd
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Abstract

Hybrid-Leistungswandler werden vorgestellt. Die Leistungswandler können konfiguriert sein, um eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten zu empfangen und eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten zu erzeugen. Die Leistungswandler können einen Induktor aufweisen, der zwischen einem Induktorknoten und dem Ausgangsknoten gekoppelt ist. Die Leistungswandler können einen ersten fliegenden Kondensator aufweisen, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Die Leistungswandler können einen zweiten fliegenden Kondensator aufweisen, der zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist. Ein erstes Schaltelement kann zwischen dem Eingangsknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt sein, und ein fünftes Schaltelement kann zwischen dem ersten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein sechstes Schaltelement zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt sein.

Description

  • Technischer Bereich
  • Das vorliegende Dokument betrifft Leistungswandler. Insbesondere betrifft das vorliegende Dokument verbesserte Hybrid-Buck-Boost- bzw. Abwärts-Aufwärts-Leistungswandler zum Erzeugen negativer Ausgangsspannungen, die unter Verwendung von Transistoren mit niedrigen Nennspannungen (d.h. mit niedrigen maximalen Drain-Source-Spannungen) implementiert werden können.
  • Hintergrund
  • Es gibt erhöhten Bedarf an hoch-effizienten geregelten Leistungswandlern in mehreren Marktsegmenten, wie z.B. Festkörperlaufwerke (SSDs - solid-state drives), Computervorrichtungen, Ladevorrichtungen, „wearable“ integrierte Schaltungen zur Leistungsverwaltung (PMICs - power management integrated circuits) und integrierte Schaltungen zur Anzeigenleistungsversorgung. Insbesondere ist es sehr wünschenswert, Leistungswandler mit höherer Effizienz und kleinerer Fläche zu entwickeln.
  • Das vorliegende Dokument betrifft „Hybrid“-Abwärts-Aufwärts-Leistungswandler, d.h. Leistungswandler, die sowohl fliegende Kondensatoren als auch Induktoren aufweisen. Abwärts-Aufwärts-Leistungswandler weisen typischerweise eine Vielzahl von Schaltelementen zum Steuern von Strompfaden innerhalb des Leistungswandlers auf. Abhängig von dem Anwendungsszenario kann die geregelte Ausgangsspannung höher, niedriger oder gleich der Eingangsspannung des Leistungswandlers sein. Dazu wird das Schaltverhalten der Schaltelemente so angepasst, dass der Leistungswandler in einem Buck- bzw. Abwärts-Modus, einem Boost- bzw. Aufwärts-Modus oder einem Buck-Boost- bzw. Abwärts-Aufwärts-Modus arbeitet.
  • Jedes Schaltelement ist durch eine Nennspannung gekennzeichnet, d.h. eine maximale Spannung, der das Schaltelement standhalten kann, ohne beschädigt zu werden. Wenn Feldeffekttransistoren (FETs - field effect transistors) als Schaltelemente verwendet werden, kann die Nennspannung der maximalen Spannung entsprechen, die über den nicht-leitenden Drain-Source-Kanal eines FETs angelegt werden kann. Anders ausgedrückt, wenn der FET ausgeschaltet ist, kann die Nennspannung als die maximale Spannung angesehen werden, die über den Drain-Source-Kanal des Transistors angelegt werden kann, was zu keinem Stromfluss über den Drain-Source-Kanal führt oder einem Stromfluss, der unter einem vordefinierten Schwellenstrom ist. Die Verwendung von FETs mit reduzierter Nennspannung ermöglicht, die Fläche der Schaltelemente für einen gegebenen Sollwiderstand Ron zu reduzieren, da FETs mit niedrigerer Nennspannungtypischerweise einen kleineren spezifischen Widerstand und eine kleinere Gate-Kapazität haben. Es ist daher wünschenswert, einen neuen Hybrid-Leistungswandler zu entwickeln, der die Verwendung von FETs mit niedrigen Nennspannungen ermöglicht.
  • Das vorliegende Dokument adressiert die oben angeführten technischen Probleme. Insbesondere adressiert das vorliegende Dokument das technische Problem, neuartige Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Leistungswandler vorzusehen, die mit FETs mit einer reduzierten Nennspannung und/oder Größe implementiert werden können.
  • Zusammenfassung
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Leistungswandler vorgestellt. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Leistungswandlers zu empfangen und eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers zu erzeugen. Insbesondere kann der Leistungswandler konfiguriert sein, um an dem Ausgangsknoten eine negative Ausgangsspannung zu erzeugen. Mit anderen Worten, der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um eine Ausgangsspannung mit entgegengesetzter Polarität in Bezug auf die Eingangsspannung zu erzeugen. Der Leistungswandler kann einen Induktor aufweisen, der zwischen einem Induktorknoten und dem Ausgangsknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann einen ersten fliegenden Kondensator aufweisen, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann einen zweiten fliegenden Kondensator aufweisen, der zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann ein erstes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem Eingangsknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann ein fünftes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem ersten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  • Anstelle eines Koppelns des fünften Schaltelements zwischen dem Eingangsknoten und dem dritten Kondensatorknoten, kann das fünfte Schaltelement indirekt über das erste Schaltelement mit dem Eingangsknoten gekoppelt sein. Mit anderen Worten, das fünfte Schaltelement kann mit dem ersten Schaltelement zwischen dem Eingangsknoten und dem dritten Kondensatorknoten in Serie gekoppelt sein. In weiteren Worten, das fünfte Schaltelement kann parallel zu dem ersten fliegenden Kondensator gekoppelt sein. Einerseits kann, wenn das fünfte Schaltelement eingeschaltet ist, ein Eingangsstrom über das erste Schaltelement an das fünfte Schaltelement vorgesehen werden. Andererseits kann, wenn das fünfte Schaltelement ausgeschaltet ist, die maximale Spannung über dem fünften Schaltelement reduziert werden, da das fünfte Schaltelement nicht auf die Eingangsspannung gezogen wird, sondern nur auf die Spannung an dem ersten Kondensatorknoten. Die Spannung an dem ersten Kondensatorknoten kann wiederum auf das Referenzpotential gezogen werden, wenn das fünfte Schaltelement ausgeschaltet ist, wodurch die erforderliche Nennspannung für das fünfte Schaltelement reduziert wird.
  • Die fliegenden Kondensatoren können passive elektronische Komponenten sein, die elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichern können. Jeder fliegende Kondensator kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen. Das fliegenden Kondensatoren werden als „fliegend bzw. flying“ bezeichnet, da bei verschiedenen Betriebsmodi des beschriebenen Leistungswandlers einer der Anschlüsse ein fester Anschluss sein kann, der auf einen definierten Spannungspegel angesteuert wird, und die Spannung an dem anderen Anschluss auf eine Spannung „fliegen“ kann, die von der Spannung an dem festen Anschluss und der Spannung an dem fliegenden Kondensator abhängt. Die Spannung über dem fliegenden Kondensator kann wiederum von der gespeicherten Ladungsmenge und von der Kapazität des fliegenden Kondensators abhängen. Die Anschlüsse der fliegenden Kondensatoren müssen nicht dauerhaft mit der Eingangsspannung oder einem Referenzpotential (wie z.B. Masse) verbunden sein.
  • In diesem Dokument soll der Begriff „Referenzpotential“ im weitesten Sinne verstanden werden. Insbesondere ist das Referenzpotential nicht auf Masse beschränkt, d.h. ein Referenzpotential mit direkter physikalischer Verbindung zu Erde oder einer Spannung von OV. Vielmehr kann sich der Begriff „Referenzpotential“ auf jeden Referenzpunkt beziehen, zu dem und von dem aus elektrische Ströme fließen können oder von dem Spannungen gemessen werden können. Darüber hinaus ist anzumerken, dass sich die in diesem Dokument genannten Referenzpotentiale nicht unbedingt auf denselben physikalischen Kontakt beziehen müssen. Stattdessen können sich die in diesem Dokument erwähnten Referenzpotentiale auf unterschiedliche physikalische Kontakte beziehen, obwohl zur Vereinfachung der Darstellung auf „das“ Referenzpotential Bezug genommen wird.
  • Die in diesem Dokument beschriebenen Schaltelemente können mit geeigneten Vorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs - metal-oxide-semiconductor field effect transistors), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs - insulated-gate bipolar transistors), MOS-Gate-Thyristoren oder andere geeignete Leistungsvorrichtungen. Die Schaltelemente können unter Verwendung identischer Transistoren oder unterschiedlicher Transistoren implementiert werden. Zum Beispiel können einige Schaltelemente p-Typ-MOSFETs sein und andere Schaltelemente können unter Verwendung von n-Typ-MOSFETs implementiert werden. Jedes Schaltelement kann einen Steueranschluss (z.B. ein Gate) haben, an den ein entsprechendes Steuersignal oder eine entsprechende Ansteuerspannung angelegt werden kann, um das Schaltelement einzuschalten (d.h. das Schaltelement zu schließen) oder das Schaltelement auszuschalten (d.h. das Schaltelement zu öffnen).
  • Im Allgemeinen kann der Leistungswandler konfiguriert sein, um in einem von zumindest drei verschiedenen Betriebsmodi zu arbeiten: einem Buck- bzw. Abwärts-Betriebsmodus, einem Boost- bzw. Aufwärts-Betriebsmodus oder einem Buck-Boost- bzw. Abwärts-Aufwärts-Betriebsmodus. Abhängig von dem ausgewählten Betriebsmodus kann der Leistungswandler konfiguriert sein, um zwischen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Betriebsphase umzuschalten, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Wie bereits erwähnt, kann die Ausgangsspannung des Leistungswandlers negativ sein. In dem Abwärts-Betriebsmodus kann der Absolutwert der geregelten Ausgangsspannung niedriger sein als der Absolutwert der Eingangsspannung, und der Ausgangsstrom kann höher als der Eingangsstrom sein. In dem Aufwärts-Betriebsmodus kann der Absolutwert der geregelten Ausgangsspannung höher sein als der Absolutwert der Eingangsspannung, und der Ausgangsstrom kann niedriger als der Eingangsstrom sein. Schließlich kann in dem Abwärts-Aufwärts-Betriebsmodus der Absolutwert der geregelten Ausgangsspannung höher oder niedriger als der Absolutwert der Eingangsspannung sein. Der Absolutwert der geregelten Ausgangsspannung kann auch gleich dem Absolutwert der Eingangsspannung sein.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um den zweiten fliegenden Kondensator zu laden durch Herstellen eines Strompfads von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement, über das fünfte Schaltelement und über den zweiten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential. Somit kann der Leistungswandler konfiguriert sein, das fünfte Schaltelement einzuschalten, um den zweiten fliegenden Kondensator zu laden.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten fliegenden Kondensator zu entladen durch Ausschalten des fünften Schaltelements und durch Herstellen eines Strompfads von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers.
  • Der Leistungswandler kann weiter ein zweites Schaltelement aufweisen, das zwischen dem ersten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann weiter ein drittes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann weiter ein viertes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann weiter ein sechstes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem Induktorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist. Alternativ kann der Leistungswandler weiter ein sechstes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem Induktorknoten und dem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während einer ersten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement und über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen. Mit anderen Worten, während der ersten Betriebsphase kann der Leistungswandler konfiguriert sein, um den ersten fliegenden Kondensator auf die Eingangsspannung zu laden. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während der ersten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement, über das fünfte Schaltelement und über den zweiten fliegenden Kondensator zu dem Referenzpotential herzustellen. Mit anderen Worten kann der Leistungswandler während der ersten Betriebsphase konfiguriert sein, um den zweiten fliegenden Kondensator auf die Eingangsspannung zu laden. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während der ersten Betriebsphase einen dritten Strompfad von dem Referenzpotential über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während einer zweiten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement und über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während der zweiten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  • Schließlich kann der Leistungswandler konfiguriert sein, um während einer dritten Betriebsphase einen Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt wird ein weiterer Leistungswandler vorgestellt. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Leistungswandlers zu empfangen und eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers zu erzeugen. Der Leistungswandler kann einen Induktor aufweisen, der zwischen einem Induktorknoten und dem Ausgangsknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann einen ersten fliegenden Kondensator aufweisen, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann einen zweiten fliegenden Kondensator aufweisen, der zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann ein erstes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem Eingangsknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann ein sechstes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist.
  • Anstatt das sechste Schaltelement zwischen einem Referenzpotential und dem Induktorknoten zu koppeln, kann das sechste Schaltelement indirekt über den zweiten Kondensatorknoten mit dem Referenzpotential gekoppelt sein. Mit anderen Worten, das sechste Schaltelement kann parallel zu dem zweiten fliegenden Kondensator gekoppelt sein, was die Spannung über dem sechsten Schaltelement begrenzt. Einerseits kann, wenn das sechste Schaltelement eingeschaltet ist, ein Strom durch das sechste Schaltelement fließen zum Laden des zweiten fliegenden Kondensators. Andererseits kann, wenn das sechste Schaltelement ausgeschaltet ist, die maximale Spannung über dem sechsten Schaltelement reduziert werden, da das sechste Schaltelement nicht auf das Referenzpotential gezogen wird, sondern nur auf die Spannung an dem zweiten Kondensatorknoten. Die Spannung an dem zweiten Kondensatorknoten kann auf eine negative Eingangsspannung gezogen werden, wenn das sechste Schaltelement ausgeschaltet ist, wobei die Spannung an dem Induktorknoten so niedrig wie das Doppelte der negativen Eingangsspannung sein kann. Auf diese Weise kann die erforderliche Nennspannung für das sechste Schaltelement reduziert werden.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um den zweiten fliegenden Kondensator zu laden, durch Herstellen eines Strompfads von dem Eingangsknoten über den zweiten fliegenden Kondensator und über das sechste Schaltelement zu einem Referenzpotential. Somit kann der Leistungswandler konfiguriert sein, das sechste Schaltelement einzuschalten, um den zweiten fliegenden Kondensator zu laden.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten fliegenden Kondensator zu entladen durch Ausschalten des sechsten Schaltelements und Herstellen eines Strompfads von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers.
  • Der Leistungswandler kann weiter ein zweites Schaltelement aufweisen, das zwischen dem ersten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann weiter ein drittes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann weiter ein viertes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann weiter ein fünftes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem dritten Kondensatorknoten und dem Eingangsknoten des Leistungswandlers gekoppelt ist. Alternativ kann der Leistungswandler weiter ein fünftes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem dritten Kondensatorknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während einer ersten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement und über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen. Mit anderen Worten, der Leistungswandler kann während der ersten Betriebsphase konfiguriert sein, um den ersten fliegenden Kondensator auf die Eingangsspannung zu laden. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während der ersten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Eingangsknoten über den zweiten fliegenden Kondensator und über das sechste Schaltelement zu dem Referenzpotential herzustellen. Mit anderen Worten, der Leistungswandler kann während der ersten Betriebsphase konfiguriert sein, um den zweiten fliegenden Kondensator auf die Eingangsspannung zu laden. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während der ersten Betriebsphase einen dritten Strompfad von dem Referenzpotential über das sechste Schaltelement und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während einer zweiten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen. Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während der zweiten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  • Der Leistungswandler kann konfiguriert sein, um während einer dritten Betriebsphase einen Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers vorgestellt. Das Verfahren kann Schritte aufweisen, die den Funktionsmerkmalen eines in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Leistungswandlers entsprechen. Insbesondere kann der Leistungswandler einen Induktor aufweisen, der zwischen einem Induktorknoten und einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers gekoppelt ist, einen ersten fliegenden Kondensator, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist, und einen zweiten fliegenden Kondensator, der zwischen einem dritten Kondensator und dem Induktorknoten gekoppelt ist. Das Verfahren kann ein Laden des zweiten fliegenden Kondensators aufweisen durch Herstellen eines Ladestroms über ein Schaltelement, wobei das Schaltelement zwischen dem ersten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist. Das Verfahren kann ein Entladen des zweiten fliegenden Kondensators aufweisen durch Herstellen eines Entladestroms, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist. Der Schritt des Herstellens des Ladestroms kann weiter ein Herstellen des Ladestroms von dem Eingangsknoten über ein anderes Schaltelement, über das Schaltelement und über den zweiten fliegenden Kondensator zu dem Referenzpotential aufweisen. Weiter kann der Schritt des Herstellens des Entladestroms weiter ein Herstellen des Entladestroms von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers aufweisen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt wird ein weiteres Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers vorgestellt. Wiederum kann der Leistungswandler einen Induktor aufweisen, der zwischen einem Induktorknoten und einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers gekoppelt ist, einen ersten fliegenden Kondensator, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist, und einen zweiten fliegenden Kondensator, der zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist. Das Verfahren kann ein Laden des zweiten fliegenden Kondensators aufweisen durch Herstellen eines Ladestroms über ein Schaltelement, wobei das Schaltelement zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist. Das Verfahren kann ein Entladen des zweiten fliegenden Kondensators aufweisen durch Herstellen eines Entladestroms, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist. Der Schritt des Herstellens des Ladestroms kann weiter ein Herstellen des Ladestroms von dem Eingangsknoten über den zweiten fliegenden Kondensator, über das Schaltelement und über ein anderes Schaltelement zu dem Referenzpotential aufweisen. Der Schritt des Herstellens des Entladestroms kann weiter ein Herstellen des Entladestroms von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers aufweisen.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die Verfahren und Systeme einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele, wie in dem vorliegenden Dokument dargelegt, eigenständig oder in Kombination mit den anderen in diesem Dokument offenbarten Verfahren und Systemen verwendet werden können. Darüber hinaus sind die im Kontext eines Systems dargelegten Merkmale auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Darüber hinaus können alle Aspekte der in dem vorliegenden Dokument dargelegten Verfahren und Systeme beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche beliebig miteinander kombiniert werden.
  • In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ auf Elemente, die miteinander in elektrischer Verbindung miteinander sind, entweder direkt verbunden, z.B. über Drähte, oder auf andere Weise.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche oder identische Elemente beziehen, und in denen
    • 1 einen beispielhaften invertierenden Abwärtswandler zeigt;
    • 2 eine Abwärts-Magnetisierungsphase für den invertierenden Abwärtswandler von 1 zeigt;
    • 3 eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase für den invertierenden Abwärtswandler von 1 zeigt;
    • 4 Nennspannungen für die FET-Vorrichtungen für den invertierenden Abwärtswandler von 1 zeigt;
    • 5 einen beispielhaften zweistufigen Wandler basierend auf dem Wandler in 1 zeigt, der VOUT = -2VIN (idealerweise) ermöglicht;
    • 6 Nennspannungen der FET-Vorrichtungen des Wandlers von 5 zeigt;
    • 7 eine Abwärts-Magnetisierungsphase für den Wandler von 5 zeigt;
    • 8 eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase/Aufwärts-Magnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Bypass- bzw. Umgehungs-Phase für den Wandler von 5 zeigt;
    • 9 eine Aufwärts-Entmagnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Entmagnetisierungsphase für den Wandler von 5 zeigt;
    • 10 ein Zeitdiagramm des Wandlers von 5 bei Betrieb in dem Aufwärts-Modus zeigt;
    • 11 eine beispielhafte invertierende Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Topologie zeigt;
    • 12 eine Abwärts-Magnetisierungsphase des Wandlers von 11 zeigt;
    • 13 eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase/Aufwärts-Magnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Bypass-Phase für den Wandler von 11 zeigt;
    • 14 eine Aufwärts-Entmagnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Entmagnetisierungsphase für den Wandler von 11 zeigt;
    • 15 eine beispielhafte invertierende Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Variante mit niedriger Nennspannung für den Schalter S5 zeigt;
    • 16 eine beispielhafte invertierende Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Variante mit niedriger Nennspannung für den Schalter S6 zeigt;
    • 17 eine Abwärts-Magnetisierungsphase des Wandlers von 15 zeigt;
    • 18 eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase/Aufwärts-Magnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Bypass-Phase für den Wandler von 15 zeigt;
    • 19 eine Aufwärts-Entmagnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Entmagnetisierungsphase für den Wandler von 15 zeigt;
    • 20 eine Abwärts-Magnetisierungsphase des Wandlers von 16 zeigt;
    • 21 eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase/Aufwärts-Magnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Bypass-Phase für den Wandler von 16 zeigt;
    • 22 eine Aufwärts-Entmagnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Entmagnetisierungsphase für den Wandler von 16 zeigt; und
    • 23 Nennspannungen der FET-Vorrichtungen des Hybrid-Wandlers von 11 und seiner Varianten von 15 und 16 zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die in 1 gezeigte invertierende Abwärts-Topologie wird verwendet, um eine negative Ausgangsspannung VOUT bis hinunter zu -VIN (theoretisch) zu erzeugen. In mobilen Anwendungen wird die Eingangsspannung VIN typischerweise von einer einzelligen Li-Ion-Batterie erzeugt.
  • 2 und 3 zeigen beispielhafte Schaltphasen des Wandlers von 1. Der Wandler durchläuft die Phasen von 2 und 3. Er ist äquivalent zu einem herkömmlichen Abwärts-DC-DC-Wandler: Der Spannungshub an dem LX-Knoten wird durch ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung (Induktor L und Ausgangskondensator COUT) gefiltert und die Ausgangsspannung VOUT wird von dem nicht mit Masse verbundenen Anschluss des Ausgangskondensators COUT genommen.
  • Der Betrieb des invertierenden Abwärtswandlers besteht aus:
    • • Magnetisierungsphase, in 2 gezeigt. Die Schalter S1 und S3 sind geschlossen, somit geht die Spannung der Knoten VCX und VLX auf VIN bzw. PGND. Der fliegende Kondensator CFLY wird auf VIN (theoretisch) geladen, während der Induktor mit einer Stromsteilheit VOUT/L magnetisiert wird. Der Schalter S2 ist offen, er erfährt somit eine Drain-Source-Spannung VDS = VIN.
    • • Entmagnetisierungsphase, in 3 gezeigt. Der einzige beteiligte Schalter ist S2: sobald dieser FET eingeschaltet ist, geht die Spannung des Knotens VLX unter PGND (d.h. auf -VIN). Der fliegende Kondensator CFLY wird auf den Ausgangsknoten entladen, während der Induktor mit -(VIN+VOUT)/L Stromsteilheit entmagnetisiert wird. Die Schalter S1, S3 sind offen, erfahren somit eine Drain-Source-Spannung VDS = VIN im Absolutwert.
  • Die Beziehung zwischen VIN und VOUT wird durch VOUT/VIN = -(1-D) ausgedrückt, wobei D einen Arbeitszyklus mit D ∈ [0,1] bezeichnet. Die Nennspannung (d.h. die maximale VDS-Spannung VDS_max) für die FET-Vorrichtungen ist in der Tabelle in 4 zusammengefasst.
  • Die in 1 gezeigte Wandlerzelle kann repliziert werden, um eine niedrigere Ausgangsspannung VOUT zu erreichen. 5 zeigt, wie eine theoretische VOUT = - 2VIN erreicht werden kann, indem zwei der Basiszellen, die den in 1 gezeigten Wandler bilden, in Serie gebracht werden.
  • Der in 5 dargestellte Wandler durchläuft die Phasen der 7, 8 und 9. Er ist äquivalent zu einem herkömmlichen Abwärts-DC-DC-Wandler: Der Spannungshub an dem LX-Knoten (PGND, - VIN oder -2VIN) wird durch ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung (Induktor L und Ausgangskondensator COUT gefiltert). Die Ausgangsspannung VOUT wird von dem nicht mit Masse verbundenen Anschluss des Ausgangskondensators COUT genommen, wie für den Wandler in 1.
  • Der Wandler von 5 arbeitet in den folgenden Schaltphasen:
    • • Der Abwärts-Betrieb durchläuft die in 7 gezeigte Magnetisierungsphase und die Abwärts-Entmagnetisierungsphase in 8. Während der Magnetisierungsphase werden beide fliegenden Kondensatoren über die Schalter S1, S3 und S5, S6 erneut auf VIN geladen. Der Schalter S6 verbindet den VLX-Knoten mit PGND. Der Induktor wird mit einer Stromsteilheit VOUT/L magnetisiert. Während der Entmagnetisierungsphase wird der fliegende Kondensator CFLY1 „geparkt“, d.h. zwischen der Eingangsspannung VIN und PGND über die Schalter S1 und S3 verbunden. Wenn geparkt, kann die Kondensatorspannung konstant bei VIN gehalten werden. Der zweite fliegende Kondensator CFLY2 wird zwischen PGND - unter Verwendung der Schalter S3 und S4 - und dem VLX-Knoten verbunden. In dieser Konfiguration wird die Spannung an dem VLX-Knoten negativ. Der Induktor wird mit (-VIN - VOUT)/L Stromsteilheit entmagnetisiert.
    • • Ein erster möglicher Aufwärts-Betrieb durchläuft die in 8 gezeigte Magnetisierungsphase und die Entmagnetisierungsphase in 9. Während der Magnetisierungsphase wird der fliegende Kondensator CFLY1 geparkt, d.h. zwischen VIN und PGND über die Schalter S1 und S3 verbunden. Der zweite fliegende Kondensator CFLY2 wird zwischen PGND - unter Verwendung der Schalter S3 und S4 - und dem VLX-Knoten verbunden. In dieser Konfiguration wird die Spannung an dem VLX-Knoten negativ. Der Induktor wird mit (-VIN - VOUT)/L Stromsteilheit magnetisiert. Während der Aufwärts-Entmagnetisierungsphase sind CFLY1 und CFLY2 über den Schalter S4 in Serie verbunden. Der Knoten VCX1 ist über den Schalter S2 mit PGND verbunden, daher geht der Knoten VLX auf -2VIN. Es sollte angemerkt werden, dass die Schalter S5, S6 in dieser Phase beide die Spannung VDS = 2VIN erfahren. Der Induktor wird mit (-2VIN - VOUT)/L Stromsteilheit entmagnetisiert. Die Beziehung zwischen VIN und VOUT für diesen Aufwärts-Modus wird durch VOUT/VIN = -(2-D) mit D ∈ [0,1] ausgedrückt. Außerdem ist anzumerken, dass der oben beschriebene erste mögliche Aufwärts-Betrieb nicht auf unbestimmte Zeit aufrechterhalten werden kann, da der fliegende Kondensator CFLY2 (durch eine Abwärts-Magnetisierungsphase) erneut geladen werden muss. Ein zeitunabhängiger Aufwärts-Betrieb durchläuft die Phasen von 7 - erneutes Laden der fliegenden Kondensatoren - und 9 - VLX-Knoten bei -2VIN. Diese Konfiguration erhöht die Spannungswelligkeit über der Spule in Bezug auf den oben beschriebenen Aufwärts-Modus. Die Beziehung zwischen VIN und VOUT für den zeitunabhängigen Aufwärts-Modus wird ausgedrückt durch: VOUT/VIN = -2(1-D), mit D ∈ [0,1].
    • • Der Abwärts-Aufwärts-Betrieb durchläuft die Phasen von 7, 8 und 9. Dieser Vorgang kann alle Schalter umfassen.
  • Die Nennspannung (maximale VDS-Spannung VDS_max) für die FET-Vorrichtungen des Wandlers in 5 wird in der Tabelle in 6 zusammengefasst. Eine höhere Nennspannung führt zu einem höheren RSP für die Vorrichtung und wiederum zu einer größeren Siliziumfläche für einen gegebenen Soll-Ein-Widerstand RON einer FET-Vorrichtung.
  • Der Wandler von 5 hat eine grundsätzliche Begrenzung der Ausgangsspannung VOUT während seines Aufwärts-Betriebs - unter der Annahme des zeitunabhängigen Aufwärts-Modus, der zwischen Phase in 7 und 9 zykliert. Das Zeitdiagramm des Wandlers während des Aufwärts-Betriebs wird in 10 gezeigt. Die Begrenzung ist eine Folge der Ladungserhaltung an beiden fliegenden Kondensatoren CFLY: die während der Aufwärts-Entmagnetisierungsphase von den Kondensatoren entfernte Ladung (siehe 9) wird während der Aufwärts-Magnetisierungsphase hinzugefügt (siehe 7). Daher kann der Strom IFLY, der während der Entmagnetisierungsphase in CFLY1 fließt, ausgedrückt werden als (durch Anwenden des Ladungserhaltungsprinzips): IOUT/ICFLY1 = D/(1-D), mit D ∈ [0,1]. Die letztere Gleichung zeigt an, dass der Arbeitszyklus D auf 0,5 begrenzt werden sollte, um ICFLY1 < IOUT zu halten. Für Werte von D > 0,5 erfährt der Strom ICFLY einen steilen Anstieg. Ähnliche Überlegungen gelten für den zweiten fliegenden Kondensator CFLY2.
  • Ein weiterer invertierender Hybrid-Wandler ist in 11 gezeigt. In dieser Topologie verbindet der Schalter S5 den Knoten VCX2 (auch als dritter Kondensatorknoten bezeichnet) mit dem Eingangsknoten VIN über den Schalter S1. Dabei ist der Schalter S5 zwischen dem Knoten VCX1 (auch als erster Kondensatorknoten bezeichnet) und dem Knoten VCX2 (d.h. dem dritten Kondensatorknoten) angeordnet. Weiter verbindet der Schalter S6 den VLX-Knoten (auch als Induktorknoten bezeichnet) über den Schalter S3 mit PGND. Dabei ist der Schalter S6 zwischen dem Knoten VLX (d.h. dem Induktorknoten) und dem Knoten VCY (auch als zweiter Kondensatorknoten bezeichnet) angeordnet. Diese Verbindungen ermöglichen FETs mit niedriger Nennspannung sowohl für S5 als auch für S6, da sie parallel zu einem fliegenden Kondensator sind, wenn während des Wandlerbetriebs ausgeschaltet. Mit anderen Worten, in 11 können der VLX-Anschluss und der VCY-Anschluss während einer Abwärts-Magnetisierungsphase kurzgeschlossen werden, und der VCX1-Anschluss und der VCX2-Anschluss können während einer Abwärts-Magnetisierungsphase kurzgeschlossen werden.
  • 12, 13 und 14 zeigen die Schaltphasen des invertierenden Hybrid-Wandlers von 11. Der Betrieb dieser Topologie ist ähnlich zu dem Betrieb des Wandlers in 5. Jedoch werden Vorrichtungen mit niedrigerer Nennspannung für die Schalter S5 und S6 verwendet:
    • • Der Abwärts-Betrieb durchläuft Phasen von 12 und 13. Er ist äquivalent zu einem herkömmlichen invertierenden Abwärts mit nur dem zweiten fliegenden Kondensator CFLY2. Die Schalter S1, S5, S3, S6 sind geschlossen, so dass beide fliegenden Kondensatoren CFLY zwischen VIN und PGND verbunden sind während des erneuten Ladens des fliegenden Kondensators.
    • • Ein Aufwärts-Betrieb durchläuft Phasen von 13 und 14. Wie oben beschrieben, kann dieser Betrieb nicht auf unbestimmte Zeit aufrechterhalten werden, da der fliegende Kondensator CFLY2 erneut geladen werden muss (z.B. durch die in 12 dargestellte Abwärts-Magnetisierungsphase). Ein zeitunabhängiger Aufwärts-Modus-Betrieb durchläuft Phasen von 12 und 14. Während des Aufwärts-Betriebsmodus ist keiner der instantiierten Schalter einer Drain-Source-Spannung VDS > VIN ausgesetzt.
    • • Der Abwärts-Aufwärts-Betrieb durchläuft Phasen von 12, 13 und 14 und kann alle Schalter umfassen.
  • Zwei Varianten können aus der Topologie von 11 abgeleitet werden: Einerseits zeigt 15 eine Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Variante mit niedriger Nennspannung für den Schalter S5. Dieser Schalter arbeitet parallel zu dem ersten fliegenden Kondensator CFLY1, daher wird eine reduzierte Nennspannung ermöglicht. Andererseits zeigt 16 eine Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Variante mit niedriger Nennspannung für den Schalter S6. Dieser Schalter arbeitet parallel zu dem zweiten fliegenden Kondensator CFLY2, daher wird eine reduzierte Nennspannung ermöglicht.
  • Die oben beschriebenen Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Varianten nutzen die zuvor für die Architektur von 11 beschriebenen Betriebsphasen. 17 bis 22 zeigen die entsprechenden Schaltphasen. Insbesondere zeigt 17 eine Abwärts-Magnetisierungsphase (auch als erste Betriebsphase bezeichnet) des Wandlers von 15. 18 zeigt eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase/Aufwärts-Magnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Bypass-Phase (auch als zweite Betriebsphase bezeichnet) für den Wandler von 15. 19 zeigt eine Aufwärts-Entmagnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Entmagnetisierungsphase (auch als dritte Betriebsphase bezeichnet) für den Wandler von 15. 20 zeigt eine Abwärts-Magnetisierungsphase (auch als erste Betriebsphase bezeichnet) des Wandlers von 16. 21 zeigt eine Abwärts-Entmagnetisierungsphase/Aufwärts-Magnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Bypass-Phase (auch als zweite Betriebsphase bezeichnet) für den Wandler von 16. 22 zeigt eine Aufwärts-Entmagnetisierungsphase/Abwärts-Aufwärts-Entmagnetisierungsphase (auch als dritte Betriebsphase bezeichnet) für den Wandler von 16.
  • Die Nennspannungen für die Vorrichtungen dieser Hybrid-Wandler-Topologien werden in der Tabelle in 23 angegeben. Insbesondere vergleicht 23 die Nennspannung für die Topologie von 11 (neuer Hybrid), die Topologie von 15 (Variante LV S5) und die Topologie von 16 (Variante LV S6). Aufgrund der reduzierten VDS_max für die Schalter können Vorrichtungen mit niedrigerem RSP verwendet werden, um die Siliziumfläche zu verringern, während eine höhere VOUT für einen gegebenen IOUT und VIN oder eine niedrigere VIN für eine gegebene VOUT und IOUT erreicht wird.
  • Die Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Architekturen von 11 und ihre Varianten von 15 und 16 haben den gleichen Kompromiss, der für die Architektur von 5 erläutert wurde, zwischen VOUT_max und IOUT aufgrund der Ladungserhaltung an beiden fliegenden Kondensatoren CFLY. Die Verwendung von Vorrichtungen, die für eine niedrigere VDS-Spannung ausgelegt sind, ermöglicht jedoch, den an den Schaltern S5 und S6 entwickelten IR-Abfall zu reduzieren, während weniger Siliziumfläche belegt wird. Die dargestellte Hybrid-Topologie und ihre Variante kann auch entweder am Eingangs- oder am Ausgangs-Pin eines DC-DC-Wandlers verwendet werden, um die Eingangsspannung bzw. die Ausgangsspannung zu verdoppeln.
  • Zusammenfassend nehmen die Topologien dieser Erfindung für die gleiche Sollimpedanz der Leistungs-FETs eine geringere Fläche ein, während eine höhere VOUT für einen gegebenen Laststrom erreicht wird. Alternativ könnten niedrigere VIN-Spannungen für die gleichen VOUT-Spannungen und Laststrom IOUT erreicht werden.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung gegenüber herkömmlichen invertierenden Abwärts-Aufwärts-Architekturen ist das schnelle Ansprechen und eine rauscharme Ausgangsspannung. Die vorgestellten Topologien erfordern eine Spule, die zwischen dem LX-Knoten und dem Ausgangsknoten verbunden ist, wie ein Abwärtswandler. Sie ermöglicht eine Stromzufuhr zu dem Ausgang sowohl während der Magnetisierungs- als auch der Entmagnetisierungsphasen der Spule, d.h. kein „rechte Halbebene Null (RHPZ - Right Half-Plane Zero)“ beeinflusst die Frequenzantwort der vorgestellten Architekturen. Darüber hinaus reduziert das LC-Filter an dem Ausgang des Wandlers das Hochfrequenzrauschen drastisch, das ansonsten durch diskontinuierliche Stromzufuhr an den Ausgang erzeugt würde.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Fachleute werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang aufgenommen sind. Darüber hinaus sollen alle in dem vorliegenden Dokument dargelegten Beispiele und Ausführungsbeispiele grundsätzlich nur zu Erläuterungszwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen. Darüber hinaus sollen alle hierin enthaltenen Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung vorsehen, sowie spezifische Beispiele davon, Äquivalente davon umfassen.

Claims (34)

  1. Ein Leistungswandler, der konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Leistungswandlers zu empfangen und eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers zu erzeugen, wobei der Leistungswandler aufweist: - einen Induktor, der zwischen einem Induktorknoten und dem Ausgangsknoten gekoppelt ist, - einen ersten fliegenden Kondensator, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist, - einen zweiten fliegenden Kondensator, der zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist, - ein erstes Schaltelement, das zwischen dem Eingangsknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt ist, und - ein fünftes Schaltelement, das zwischen dem ersten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  2. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um den zweiten fliegenden Kondensator durch Herstellen eines Strompfads von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement, über das fünfte Schaltelement und über den zweiten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential zu laden.
  3. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten fliegenden Kondensator durch Ausschalten des fünften Schaltelements und durch Herstellen eines Strompfads von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers zu entladen.
  4. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter ein zweites Schaltelement aufweist, das zwischen dem ersten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist.
  5. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter ein drittes Schaltelement aufweist, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist.
  6. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter ein viertes Schaltelement aufweist, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  7. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter ein sechstes Schaltelement aufweist, das zwischen dem Induktorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist.
  8. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der weiter ein sechstes Schaltelement aufweist, das zwischen dem Induktorknoten und dem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  9. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während einer ersten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement und über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen.
  10. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 9, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während der ersten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement, über das fünfte Schaltelement und über den zweiten fliegenden Kondensator zu dem Referenzpotential herzustellen.
  11. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während der ersten Betriebsphase einen dritten Strompfad von dem Referenzpotential über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  12. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während einer zweiten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement und über den ersten fliegenden Kondensator zu dem Referenzpotential herzustellen.
  13. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 12, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während der zweiten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  14. Der Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während einer dritten Betriebsphase einen Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  15. Ein Leistungswandler, der konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Leistungswandlers zu empfangen und eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers zu erzeugen, wobei der Leistungswandler aufweist: - einen Induktor, der zwischen einem Induktorknoten und dem Ausgangsknoten gekoppelt ist, - einen ersten fliegenden Kondensator, der zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelt ist, - einen zweiten fliegenden Kondensator, der zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist, - ein erstes Schaltelement, das zwischen dem Eingangsknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt ist, und - ein sechstes Schaltelement, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist.
  16. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 15, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um den zweiten fliegenden Kondensator durch Herstellen eines Strompfads von dem Eingangsknoten über den zweiten fliegenden Kondensator und über das sechste Schaltelement zu einem Referenzpotential zu laden.
  17. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten fliegenden Kondensator durch Ausschalten des sechsten Schaltelements und durch Herstellen eines Strompfads von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers zu entladen.
  18. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, der weiter ein zweites Schaltelement aufweist, das zwischen dem ersten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist.
  19. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, der weiter ein drittes Schaltelement aufweist, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und einem Referenzpotential gekoppelt ist.
  20. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, der weiter ein viertes Schaltelement aufweist, das zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  21. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, der weiter ein fünftes Schaltelement aufweist, das zwischen dem dritten Kondensatorknoten und dem Eingangsknoten des Leistungswandlers gekoppelt ist.
  22. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, der weiter ein fünftes Schaltelement aufweist, das zwischen dem dritten Kondensatorknoten und dem ersten Kondensatorknoten gekoppelt ist.
  23. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während einer ersten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über das erste Schaltelement und über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen.
  24. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 23, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während der ersten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Eingangsknoten über den zweiten fliegenden Kondensator und über das sechste Schaltelement zu dem Referenzpotential herzustellen.
  25. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während der ersten Betriebsphase einen dritten Strompfad von dem Referenzpotential über das sechste Schaltelement und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  26. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während einer zweiten Betriebsphase einen ersten Strompfad von dem Eingangsknoten über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen.
  27. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 26, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während der zweiten Betriebsphase einen zweiten Strompfad von dem Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  28. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei der Leistungswandler konfiguriert ist, um während einer dritten Betriebsphase einen Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers herzustellen.
  29. Ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers, wobei der Leistungswandler einen zwischen einem Induktorknoten und einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers gekoppelten Induktor, einen zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einem zweiten Kondensatorknoten gekoppelten ersten fliegenden Kondensator und einen zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelten zweiten fliegenden Kondensator aufweist, wobei das Verfahren aufweist: - Laden des zweiten fliegenden Kondensators durch Herstellen eines Ladestroms über ein Schaltelement, wobei das Schaltelement zwischen dem ersten Kondensatorknoten und dem dritten Kondensatorknoten gekoppelt ist, und - Entladen des zweiten fliegenden Kondensators durch Herstellen eines Entladestroms, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist.
  30. Das Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei das Herstellen des Ladestroms weiter aufweist - Herstellen des Ladestroms von dem Eingangsknoten über ein anderes Schaltelement, über das Schaltelement und über den zweiten fliegenden Kondensator zu dem Referenzpotential.
  31. Das Verfahren gemäß Anspruch 29 oder 30, wobei das Herstellen des Entladestroms weiter aufweist - Herstellen des Entladestroms von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers.
  32. Ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers, wobei der Leistungswandler einen zwischen einem Induktorknoten und einem Ausgangsknoten des Leistungswandlers gekoppelten Induktor, einen zwischen einem ersten Kondensatorknoten und einen zweiten Kondensatorknoten gekoppelten ersten fliegenden Kondensator und einen zwischen einem dritten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelten zweiten fliegenden Kondensator aufweist, wobei das Verfahren aufweist: - Laden des zweiten fliegenden Kondensators durch Herstellen eines Ladestroms über ein Schaltelement, wobei das Schaltelement zwischen dem zweiten Kondensatorknoten und dem Induktorknoten gekoppelt ist, und - Entladen des zweiten fliegenden Kondensators durch Herstellen eines Entladestroms, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist.
  33. Das Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei das Herstellen des Ladestroms weiter aufweist - Herstellen des Ladestroms von dem Eingangsknoten über den zweiten fliegenden Kondensator, über das Schaltelement und über ein anderes Schaltelement zu dem Referenzpotential.
  34. Das Verfahren gemäß Anspruch 32 oder 33, wobei das Herstellen des Entladestroms weiter aufweist - Herstellen des Entladestroms von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator und über den Induktor zu dem Ausgangsknoten des Leistungswandlers.
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