DE112010005789T5

DE112010005789T5 - Leistungswandler

Info

Publication number: DE112010005789T5
Application number: DE201011005789
Authority: DE
Inventors: Daniel Humphrey; David Paul Mohr
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2013-05-08
Also published as: GB201217569D0; US9118243B2; US20120249110A1; GB2498027B; WO2012057730A1; CN103155390B; US20150331440A1; GB2498027A; US9798348B2; CN103155390A

Abstract

Ein Leistungswandler (14) kann ein Schaltsystem (18) umfassen, um eine Eingangsgleichspannung auf der Basis eines Schaltsignals, das einen Arbeitszyklus aufweist, in eine Ausgangsspannung umzuwandeln. Eine Steuerung (16) kann den Arbeitszyklus des Schaltsignals in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung entweder in einen im Wesentlichen konstanten Wert, so dass in einem normalen Modus die Ausgangsspannung der Eingangsgleichspannung folgt, oder in einen Wert, der bezüglich der Eingangsgleichspannung invers variiert, so dass in einem anderen Modus die Ausgangspannung im Wesentlichen konstant ist, einstellen kann.

Description

HINTERGRUND
Gleichspannungsleistungsversorgungen werden bei einer Vielzahl elektronischer Geräte implementiert, um eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung umzuwandeln. Es gibt verschiedene Arten von Gleichspannungsleistungsversorgungen wie beispielsweise Tiefsetz-, Hochsetz- oder Tiefsetz-/Hochsetz-Schaltwandler. Typische Gleichspannungsleistungsversorgungen implementieren eine Rückkopplungsschleife, um die Ausgangsgleichspannung auf der Basis eines Überwachens der Ausgangsgleichspannung auf eine spezifische Größe zu regulieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Beispiel eines Leistungssystems.
2 veranschaulicht ein Beispiel eines Gleichspannungsleistungswandlersystems.
3 veranschaulicht ein Beispiel eines Diagramms von Graphen von Ausgangsspannung und Arbeitszyklus relativ zur Eingangsspannung.
4 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens zum Erzeugen einer Ausgangsspannung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 veranschaulicht ein Beispiel eines Leistungssystems 10. Das Leistungssystem 10 kann bei einer Vielzahl elektronischer Geräte implementiert werden, beispielsweise einem Computersystem oder einem tragbaren elektronischen Gerät. Das Leistungssystem 10 umfasst eine Gleichspannungsquelle 12, die dazu konfiguriert ist, eine Gleichspannung, die in dem Beispiel der 1 als Spannung V_IN dargestellt ist, bereitzustellen. Als Beispiel kann die Gleichspannungsquelle 12 als Batterie, Leistungsbus oder Leistungswandler konfiguriert sein. Beispielsweise kann die Gleichspannungsquelle 12 als Wechselspannung/Gleichspannung-Leistungswandler implementiert sein. Die Spannung V_IN kann somit eine beliebige einer Vielzahl von Größen aufweisen. Die Spannung V_IN kann bezüglich der Größe variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von der Anzahl von Schaltungen und Geräten, die mit der Spannung V_IN verbunden sein können.
Das Leistungssystem 10 umfasst ferner ein Gleichspannungsleistungswandlersystem (Gleichspannungsleistungswandlersystem) 14. Das Gleichspannungsleistungswandlersystem 14 ist dazu konfiguriert, ansprechend auf die Gleichspannung V_IN eine Ausgangsgleichspannung V_OUT zu erzeugen. Beispielsweise umfasst der Gleichspannungsleistungswandler 14 eine Steuerung 16, die ein (nicht gezeigtes) Schaltsignal erzeugt, das ein Schaltsystem 18 dahin gehend steuert, die Ausgangsgleichspannung V_OUT aus der Gleichspannung V_IN zu erzeugen. Als Beispiel kann der Gleichspannungsleistungswandler 14 als Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller oder Tiefsetz-/Hochsetzsteller konfiguriert sein. Die Steuerung 16 kann eine Pulsbreitenmodulationssteuerung (PBM-Steuerung) sein, die dazu konfiguriert ist, den Arbeitszyklus des Schaltsignals zu steuern. Die Steuerung 16 kann somit einen Arbeitszyklus des Schaltsignals dahin gehend einstellen, das Schaltsystem 18 dahin gehend zu steuern, die Ausgangsspannung V_OUT zu erzeugen. Beispielsweise kann das Schaltsystem 18 einen Schalter oder eine Anordnung von Schaltern zum Liefern eines Eingangsstroms an eine Primärseite eines Transformators umfassen.
Wie oben erwähnt wurde, kann die Größe der Gleichspannung V_IN variieren. Beispielsweise kann die Gleichspannung V_IN Übergangszustände erfahren, die beispielsweise einem Zustand entsprechen, in dem die Gleichspannung V_IN außerhalb eines normalen Betriebsbereichs von Spannungen liegt. Im normalen Betriebsmodus, in dem die Gleichspannung V_IN in einem vorbestimmten Spannungsbereich liegt, kann das Gleichspannungsleistungswandlersystem 14 die Ausgangsgleichspannung V_OUT dahin gehend erzeugen, dass sie eine Größe aufweist, die proportional zu der Gleichspannung V_IN ist (z. B. derselben folgt). Jedoch kann es notwendig und/oder wünschenswert sein, die Größe der Ausgangsgleichspannung V_OUT auf eine maximale und/oder minimale Größe zu begrenzen. Deshalb kann die Steuerung 16 dazu konfiguriert sein, den Arbeitszyklus des Schaltsignals dahin gehend einzustellen, das Schaltsystem 18 auf der Basis des diskreten Größenbereichs zu steuern, in dem die Gleichspannung V_IN liegt. Die Steuerung 16 kann je nach der Eingangsgleichspannung eine bedingte Eingangskompensation bereitstellen, so dass die Ausgangsspannung in einem normalen Modus (z. B. wenn V_IN in einem normalen Spannungsbereich liegt) variieren kann und in einem vorübergehenden Modus (z. B. wenn V_IN außerhalb eines normalen Spannungsbereichs liegt) im Wesentlichen feststehend sein kann.
Als Beispiel kann die Steuerung 16 einen im Wesentlichen konstanten Arbeitszyklus des Schaltsignals in einem ersten Größenbereich der Gleichspannung V_IN aufrechterhalten, derart, dass die Ausgangsgleichspannung V_OUT eine Größe aufweist, die im Wesentlichen proportional zu der der Gleichspannung V_IN ist. Somit arbeitet das Schaltsystem innerhalb des ersten Bereichs effizient. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung 16 den Arbeitszyklus des Schaltsignals dahin gehend einstellen, in einem zweiten Größenbereich der Gleichspannung V_IN, der größer ist als der erste Größenbereich, bezüglich der Gleichspannung V_IN invers zu variieren (z. B. umgekehrt proportional zu sein). Somit kann die Ausgangsgleichspannung V_OUT durch den zweiten Größenbereich der Gleichspannung hindurch eine im Wesentlichen konstante maximale Größe aufrechterhalten. Als wieder anderes Beispiel kann die Steuerung 16 den Arbeitszyklus des Schaltsignals dahin gehend einstellen, in einem dritten Größenbereich der Gleichspannung V_IN, der kleiner ist als der erste Größenbereich, bezüglich der Gleichspannung V_IN invers zu variieren (z. B. umgekehrt proportional zu sein). Somit kann die Ausgangsgleichspannung V_OUT durch den zweiten Größenbereich der Gleichspannung hindurch eine im Wesentlichen konstante minimale Größe aufrechterhalten.
2 veranschaulicht ein Beispiel eines Gleichspannungsleistungswandlersystems 50. Das Gleichspannungsleistungswandlersystem 50 kann dem Gleichspannungsleistungswandlersystem 14 in dem Beispiel der 1 entsprechen. Deshalb kann in der folgenden Beschreibung des Beispiels der 2 bezüglich eines zusätzlichen Zusammenhangs auf das Beispiel der 1 Bezug genommen werden.
Das Gleichspannungsleistungswandlersystem 50 empfängt die Gleichspannung V_IN, bei dem Beispiel der 1 beispielsweise von der Gleichspannungsquelle 12. Die Gleichspannung V_IN wird einem Tiefpassfilter (TPF) 52 bereitgestellt, das die Gleichspannung V_IN filtert. Folglich führen rasche Änderungen der Größe der Gleichspannung V_IN nicht zu störenden Änderungen der Größe der Ausgangsgleichspannung V_OUT. Das heißt, dass das Gieichspannungsleistungswandlersystem 50 keine Spitzen (spikes) oder sonstige Hochfrequenzänderungen der Gleichspannung V_IN kompensieren muss. Das TPF 52 erzeugt eine gefilterte Version der Gleichspannung V_IN, die in dem Beispiel der 2 als V_{IN_F} demonstriert ist und die einer PBM-Steuerung 54 bereitgestellt wird. Die PBM-Steuerung 54 umfasst einen Spannungsteiler 56, der dazu konfiguriert ist, die Größe der Spannung V_{IN_F} für einen Vergleich der Spannung V_{IN_F} mit einer oder mehreren Schwellenspannungen V_T zu verringern. Beispielsweise umfasst die PBM-Steuerung 54 eine Schaltung 58, die dazu konfiguriert ist (z. B. als Komparator), die Spannung V_{IN_F} mit einer Schwellenspannung V_T zu vergleichen. Als weiteres Beispiel kann die Schaltung 58 die Spannung V_{IN_F} mit einer ersten Schwellenspannung und einer zweiten Schwellenspannung vergleichen, die einen ersten Spannungsbereich zwischen der Schwelle, einen zweiten Bereich oberhalb der zweiten Schwelle und einen dritten Bereich unterhalb der ersten Schwelle definieren. Wie hierin beschrieben ist, kann die Schaltung 58 als beliebige einer Vielzahl oder einer Kombination von Schaltungskomponenten oder Softwareroutinen konfiguriert sein, die die Spannung V_{IN_F} mit der bzw. den Schwellenspannung(en) V_T vergleichen. Bei dem Beispiel der 2 wird bzw. werden die Schwellenspannung(en) V_T von einer externen Quelle bereitgestellt. Als Beispiel kann bzw. können die Schwellenspannung(en) V_T programmierbar sein, so dass sie seitens eines Endnutzers des zugeordneten Leistungssystems eingestellt werden können, beispielsweise dynamisch oder auf der Basis eines Satzes von Schaltern oder eines dynamischen Widerstandes. Jedoch versteht es sich, dass die Schwellenspannung(en) V_T codiert oder in der PBM-Steuerung 54 selbst gespeichert sein kann bzw. können.
Der Vergleich der Spannung V_{IN_F} mit der bzw. den Schwellenspannung(en) V_T kann somit bestimmen, in welchem einer Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche die Gleichspannung V_IN liegt. Die PBM-Steuerung 54 kann somit einen Arbeitszyklus eines Schaltsignals SW auf der Basis dessen einstellen, in welchem der Größenbereiche die Gleichspannung V_IN liegt. Die Größenbereiche der Gleichspannung V_IN werden durch die eine oder mehreren Schwellenspannungen V_T definiert. Als Beispiel kann die Schaltung 58 dazu konfiguriert sein, die Spannung V_{IN_F} mit zwei separaten Schwellenspannungen V_T zu vergleichen, um zu bestimmen, in welchem von drei diskreten Größenbereichen die Gleichspannung V_IN liegt. Auf der Basis dessen, in welchem Bereichs die Gleichspannung V_IN liegt, kann die PBM-Steuerung 54 den Arbeitszyklus des Schaltsignals SW einstellen.
Das Schaltsignal SW wird einem Schaltsystem 60 bereitgestellt. Das Schaltsystem 60 kann einen oder mehrere Schalter umfassen, die auf der Basis des Schaltsignals SW gesteuert werden, beispielsweise um die Gleichspannung V_IN periodisch mit einem Induktor zu koppeln, um die Ausgangsgleichspannung V_OUT zu erzeugen. Somit kann die Größe der Ausgangsgleichspannung V_OUT von der Größe der Gleichspannung V_IN und dem Arbeitszyklus des Schaltsignals SW abhängen. Wie oben erwähnt wurde, kann der Arbeitszyklus des Schaltsignals SW davon abhängen, in welchem Größenbereich die Gleichspannung V_IN liegt.
3 veranschaulicht ein Beispiel eines Diagramms 100 von Graphen einer Ausgangsspannung und eines Arbeitszyklus relativ zur Eingangsspannung. Das Diagramm 100 kann einem Betrieb des Leistungssystems 100 bzw. dem Gleichspannungsleistungswandlersystem 50 in den Beispielen der 1 bzw. 2 entsprechen. Das Diagramm 100 umfasst einen ersten Graphen 102 des Arbeitszyklus des Schaltsignals SW relativ zu der Gleichspannung V_IN und einen zweiten Graphen 104 der Ausgangsgleichspannung V_OUT relativ zur Gleichspannung V_IN.
Der erste Graph 102 und der zweite Graph 104 umfassen zwei Spannungsgrößen entlang des Wertebereichs der Gleichspannung V_IN, die bei dem Beispiel der 3 als Spannungen V_T1 und V_T2 gezeigt sind. Die Spannungen V_T1 und V_T2 können somit Schwellenspannungen entsprechen, wie sie beispielsweise in der bzw. den Schwellenspannung(en) V_T in dem Beispiel der 2 enthalten sind, die der PBM-Steuerung 54 bereitgestellt werden. Als Beispiel kann bzw. können die Schwellenspannung(en) V_T bezüglich ihrer Größe skaliert werden, um mit der spannungsgeteilten Größe der Spannung V_{IN_F} verglichen zu werden (z. B. über den Spannungsteiler 56), so dass die Spannungen V_T1 und V_T2 Versionen der Schwellenspannung(en) V_T darstellen können, die Größen derselben Größenskala wie die Spannung V_{IN_F} aufweist bzw. aufweisen. Beispielsweise können Schwellenspannungen relativ zu der Ausgangsspannung normiert werden, und der Spannungsteiler kann die Spannung V_{IN_F} in dieselbe Skala umwandeln.
Als weiteres Beispiel können die Spannungen V_T1 und V_T2 drei gesonderte Größenbereiche der Gleichspannung V_IN definieren. Bei dem Beispiel der 3 ist ein erster Größenbereich 106 als Größenbereich der Gleichspannung V_IN definiert, der zwischen den Spannungen V_T1 und V_T2 liegt. Beispielsweise kann der Bereich 106 einen normalen Betriebsbereich für den Wandler darstellen, in dem der Wandler die Ausgangsspannung liefert, die auf die Eingangsspannung folgen soll, wie hierin gezeigt und beschrieben ist. Außerdem kann ein zweiter Größenbereich 108 einen Größenbereich der Gleichspannung V_IN definieren, die größer ist als die Spannung V_T2, und ein dritter Größenbereich 110 kann den Größenbereich der Gleichspannung V_IN definieren, die geringer ist als die Spannung V_T1.
Ansprechend darauf, dass die Gleichspannung V_IN in dem ersten Größenbereich 106 liegt, wie beispielsweise auf der Basis des Vergleichs der spannungsgeteilten Version der Spannung V_{IN_F} relativ zu spannungsgeteilten Versionen der Spannungen V_T1 und V_T2 über die Schaltung 58 bestimmt wird, kann die PBM-Steuerung 54 den Arbeitszyklus des Schaltsignals SW dahin gehend einstellen, einen konstanten Wert aufzuweisen. Folglich kann die Ausgangsgleichspannung V_OUT in dem ersten Größenbereich 106 eine Größe aufweisen, die proportional zu der Gleichspannung V_IN ist (z. B. derselben folgt). Ansprechend darauf, dass die Gleichspannung V_IN in dem zweiten Größenbereich 108 liegt (d. h. dass die Gleichspannung V_IN größer ist als die Spannung V_T2), kann die PBM-Steuerung 54 den Arbeitszyklus des Schaltsignals SW dahin gehend einstellen, bezüglich der Größe der Gleichspannung V_IN invers zu variieren. Folglich kann die Ausgangsgleichspannung V_OUT in dem zweiten Größenbereich 108 eine Größe aufweisen, die bei einer im Wesentlichen konstanten maximalen Größe gehalten wird, die bei dem Beispiel der 3 als Spannung V_MAX gezeigt ist. Ansprechend darauf, dass die Gleichspannung V_IN in dem dritten Größenbereich 110 liegt (d. h. dass die Gleichspannung V_IN geringer ist als die Spannung V_T1), kann die PBM-Steuerung 54 desgleichen den Arbeitszyklus des Schaltsignals SW dahin gehend einstellen, bezüglich der Größe der Gleichspannung V_IN invers zu variieren. Folglich kann die Ausgangsgleichspannung V_OUT in dem dritten Größenbereich 110 eine Größe aufweisen, die bei einer im Wesentlichen konstanten minimalen Größe gehalten wird, die bei dem Beispiel der 3 als Spannung V_MIN gezeigt ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf das Beispiel der 2 kann das Gleichspannungsleistungswandlersystem 50 somit als Vorwärtskopplungssystem implementiert sein, das eine Eingangssteuerschleife zum Erzeugen einer Ausgangsgleichspannung V_OUT ansprechend auf die Gleichspannung V_IN aufweist. Beispielsweise ist das Gleichspannungsleistungswandlersystem 50 ein Vorwärtskopplungssystem, das auf einem Erzeugen der Ausgangsgleichspannung V_OUT auf der Basis der Gleichspannung V_IN beruht, im Gegensatz zu einem Vorwärtskopplungssystem, das die Größe der Ausgangsgleichspannung V_OUT beim Regeln der Ausgangsgleichspannung V_OUT überwacht. Deshalb kann das Gleichspannungswandlersystem 50 als kostengünstigere Alternative zu Rückkopplungssystemen implementiert sein, die auf der Weglassung von Rückkopplungsschaltungskomponenten beruhen. Außerdem kann das Gleichspannungswandlersystem 50 auf Änderungen der Größe der Gleichspannung V_IN schneller reagieren als typische Rückkopplungssysteme, indem es in einer Vorwärtskopplungskonfiguration ohne Rückkopplung arbeitet.
Man muss verstehen, dass der Gleichspannungsleistungswandler 50 nicht auf das Beispiel der 2 beschränkt sein soll. Beispielsweise könnte die PBM-Steuerung 54 den Spannungsteiler 56 weglassen, so dass die Schaltung 58 die Spannung V_IN direkt mit der bzw. den Schwellenspannung(en) V_T vergleicht. Als weiteres Beispiel kann die PBM-Steuerung 54 dazu konfiguriert sein, mehr oder weniger als drei Größenbereiche der Gleichspannung V_IN auf der Basis der Schwellenspannung(en) V_T zu definieren. Beispielsweise kann die PBM-Steuerung 54 dazu konfiguriert sein, lediglich eine einzige Schwellenspannung V_T zu empfangen, um beispielsweise zwei Größenbereiche der Gleichspannung V_IN zu definieren, auf deren Basis der Arbeitszyklus des Schaltsignals SW eingestellt wird. Somit kann die PBM-Steuerung 54 bei Größen der Gleichspannung V_IN, die größer sind als die Schwellenspannung V_T, den Arbeitszyklus des Schaltsignals SW umgekehrt proportional zu der Größe der Gleichspannung V_IN einstellen und kann bei Größen der Gleichspannung V_IN, die geringer sind als die Schwellenspannung V_T, den Arbeitszyklus des Schaltsignals SW bei einem im Wesentlichen konstanten Wert einstellen. Als weiteres Beispiel kann die PBM-Steuerung 54 vier oder mehr Größenbereiche der Gleichspannung V_IN definieren, auf deren Basis der Arbeitszyklus des Schaltsignals SW eingestellt wird, so dass die PBM-Steuerung mehrere verschiedene konstante Werte des Arbeitszyklus des Schaltsignals SW in zwei oder mehr der dazwischenliegenden Größenbereichen einstellen kann. Somit kann das Gleichspannungsleistungswandlersystem 50 auf vielerlei Weise konfiguriert sein.
Angesichts der oben beschriebenen vorstehenden strukturellen und funktionellen Merkmale wird ein beispielhaftes Verfahren unter Bezugnahme auf 4 klarer werden. Obwohl das Verfahren der 4 der Einfachheit der Erläuterung halber als seriell ablaufend gezeigt und beschrieben ist, sollte man verstehen und anerkennen, dass das Verfahren nicht durch die veranschaulichte Reihenfolge beschränkt wird, da Teile des Verfahrens in anderer Reihenfolge als in der hierin gezeigten und beschriebenen und/oder gleichzeitig stattfinden könnten.
4 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens 150 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung aus einem Leistungssystem. Bei 152 wird eine Gleichspannung empfangen. Beispielsweise kann die Gleichspannung von einer Gleichspannungsquelle (z. B. Spannungsquelle 12 der 1) bereitgestellt werden. Bei 154 wird bestimmt, in welchem einer Mehrzahl von Spannungsbereichen die Eingangsgleichspannung liegt. Die Bestimmung bei 154 kann beispielsweise seitens einer Steuerung (z. B. der Steuerung 16 der 1 oder der PBM-Steuerung 54 der 2) durchgeführt werden, indem die Eingangsspannung mit einer Schwelle verglichen wird. Bei 156 wird ein Arbeitszyklus eines Schaltsignals auf der Basis dessen gesteuert, in welchem der Mehrzahl von Spannungsgrößenbereichen die Gleichspannung liegt. Die Arbeitszyklussteuerung bei 156 kann beispielsweise seitens einer Steuerung (z. B. der Steuerung 16 der 1 oder der PBM-Steuerung 54 der 2), wie sie beispielsweise hierin gezeigt und beschrieben ist, vorgenommen werden. Bei 158 umfasst das Verfahren ein Umwandeln der Eingangsgleichspannung in eine entsprechende Ausgangsgleichspannung in Abhängigkeit von dem Schaltsignal.
Das oben Beschriebene sind Beispiele. Selbstverständlich ist es nicht möglich, jede denkbare Kombination von Komponenten oder Verfahren zu beschreiben, da viele weitere Kombinationen und Permutationen möglich sein können. Demgemäß soll diese Offenbarung alle derartigen Änderungen, Modifikationen und Variationen, die innerhalb des Schutzbereichs dieser Anmeldung, einschließlich der angehängten Patentansprüche, liegen, mit einschließen. Dort, wo die Offenbarung oder die Patenansprüche „ein”, „ein erstes” oder „ein weiteres” Element oder das Äquivalent desselben angeben, sollte dies außerdem dahin gehend interpretiert werden, ein oder mehr als ein derartiges Element zu umfassen, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden.

Claims

Ein Leistungswandler (14), der Folgendes aufweist: ein Schaltsystem (18), um eine Eingangsgleichspannung auf der Basis eines Schaltsignals, das einen Arbeitszyklus aufweist, in eine Ausgangsspannung umzuwandeln; und eine Steuerung (16), um den Arbeitszyklus des Schaltsignals in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung auf einen im Wesentlichen konstanten Wert einzustellen, so dass die Ausgangsspannung in einem normalen Modus der Eingangsgleichspannung folgt, oder auf einen Wert einzustellen, der bezüglich der Eingangsgleichspannung invers variiert, so dass die Ausgangsspannung in einem anderen Modus im wesentlichen konstant ist.
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuerung (16) eine Schaltung (58) aufweist, um die Eingangsgleichspannung mit einer Schwellenspannung zu vergleichen, um zu bestimmen, in welchem einer Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche die Eingangsgleichspannung liegt, wobei einer der diskreten Spannungsbereiche dem normalen Modus entspricht und ein anderer der diskreten Spannungsbereiche dem anderen Modus entspricht.
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 1 oder 2, der ferner ein Tiefpassfilter (52) aufweist, das die Eingangsgleichspannung filtert, um der Steuerung (16) eine gefilterte Eingangsspannung bereitzustellen.
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Steuerung (16) den Arbeitszyklus des Schaltsignals auf den im Wesentlichen konstanten Wert einstellt, so dass die Ausgangsspannung im Wesentlichen proportional zu der Eingangsgleichspannung ist, falls die Eingangsgleichspannung in einem ersten Spannungsbereich (106) liegt, und die Steuerung (16) den Arbeitszyklus des Schaltsignals derart variiert, dass die Ausgangsspannung eine im Wesentlichen feststehende maximale Spannung aufweist, falls die Eingangsgleichspannung in einem zweiten Spannungsbereich (108) liegt, wobei der zweite Spannungsbereich größer ist als der erste Spannungsbereich (106).
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 4, bei dem die Steuerung (16) den Arbeitszyklus des Schaltsignals derart einstellt, dass die Ausgangsspannung eine im Wesentlichen feststehende minimale Größe aufweist, falls die Eingangsgleichspannung in einem dritten Spannungsbereich (110) liegt, der geringer ist als der erste Spannungsbereich (106).
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 5, bei dem der erste Spannungsbereich (106) zwischen einer ersten Schwellenspannung und einer zweiten Schwellenspannung, die größer ist als die erste Schwellenspannung, liegt, wobei der zweite Spannungsbereich (108) größer ist als die zweite Schwellenspannung und der dritte Spannungsbereich (110) geringer ist als die erste Schwellenspannung.
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem jeder der Mehrzahl von Spannungsgrößenbereichen der Eingangsgleichspannung durch eine jeweilige Schwellenspannung definiert ist.
Der Leistungswandler (14) gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, der ferner einen Wechselspannung/Gleichspannung-Wandler (12) aufweist, um eine Eingangswechselspannung in die Eingangsgleichspannung umzuwandeln, die während des normalen Modus in einem vorbestimmten Spannungsbereich liegt.
Ein Leistungssystem (10), das folgende Merkmale aufweist: eine Spannungsquelle (12), um eine Eingangsgleichspannung bereitzustellen; und einen Gleichspannungsleistungswandler (14), um die Eingangsgleichspannung auf der Basis eines Schaltsignals, das einen Arbeitszyklus aufweist, in eine Ausgangsgleichspannung umzuwandeln, wobei der Gleichspannungsleistungswandler (14) Folgendes aufweist: eine Steuerschleife ohne Rückführung, die eine Pulsbreitenmodulationssteuerung (PBM-Steuerung) (54) aufweist, um den Arbeitszyklus des Schaltsignals in Abhängigkeit davon, in welchem einer Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche die Eingangsgleichspannung liegt, so einzustellen, dass der Gleichspannungsleistungswandler (14) die Ausgangsgleichspannung liefert, die im Wesentlichen proportional zu der Eingangsgleichspannung ist, falls die Eingangsgleichspannung in einem ersten Bereich (106) der Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche liegt, der Gleichspannungsleistungswandler (14) die Ausgangsgleichspannung in einer im Wesentlichen feststehenden minimalen Größe bereitstellt, falls die Eingangsgleichspannung in einem zweiten Bereich (110) der Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche liegt, der geringer ist als der erste Bereich (106), und die Ausgangsgleichspannung in einer im Wesentlichen feststehenden maximalen Größe bereitstellt, falls die Eingangsgleichspannung in einem dritten Bereich (108) der Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche, der größer ist als der erste Bereich (106), bereitstellt.
Das System (10) gemäß Anspruch 9, bei dem die PBM-Steuerung (54) ferner Folgendes aufweist: eine erste Schaltung (58), um die Eingangsgleichspannung mit einer ersten Schwellenspannung zwischen dem ersten Bereich (106) und dem zweiten Bereich (110) der Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche zu vergleichen, um eine erste Komparatorausgabe zu liefern; und eine zweite Schaltung (58), um die Eingangsgleichspannung mit einer zweiten Schwellenspannung zwischen dem ersten Bereich (106) und einem dritten Bereich (108) der Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche zu vergleichen, wobei die zweite Schwellenspannung größer ist als die erste Schwellenspannung, um eine zweite Komparatorausgabe zu liefern; wobei die PBM-Steuerung (54) das Schaltsignal je nachdem, in welchem des ersten, des zweiten und des dritten Bereichs (106, 110, 108) die Eingangsgleichspannung liegt, auf der Basis der ersten Komparatorausgabe und der zweiten Komparatorausgabe steuert.
Das System gemäß Anspruch 10, bei dem sowohl die erste als auch die zweite Schwellenspannung programmierbar sind.
Ein Verfahren (150) zum Bereitstellen einer Ausgangsgleichspannung, wobei das Verfahren (150) Folgendes aufweist: Empfangen einer Eingangsgleichspannung von einer Gleichspannungsquelle; Bestimmen, in welchem einer Mehrzahl diskreter Spannungsbereiche die Eingangsgleichspannung liegt; Steuern eines Arbeitszyklus eines Schaltsignals dahin gehend, einen im Wesentlichen konstanten Arbeitszyklus und einen variablen Arbeitszyklus aufzuweisen, je nach dem, in welchem der Mehrzahl von Spannungsbereichen die Eingangsgleichspannung liegt; und Umwandeln der Eingangsgleichspannung in eine entsprechende Ausgangsgleichspannung, die je nach dem Schaltsignal entweder variabel oder im Wesentlichen konstant ist.
Das Verfahren (150) gemäß Anspruch 12, bei dem das Steuern des Arbeitszyklus ferner ein Einstellen des Arbeitszyklus entweder auf einen im Wesentlichen konstanten Wert oder auf einen Wert, der bezüglich der Eingangsgleichspannung invers variiert, auf der Basis des einen der Mehrzahl von Größenbereichen, in dem die Eingangsgleichspannung liegt, aufweist.
Das Verfahren (150) gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem das Steuern des Arbeitszyklus ferner Folgendes aufweist: Einstellen des Arbeitszyklus auf einen im Wesentlichen konstanten Wert auf der Basis dessen, dass die Eingangsgleichspannung in einem vorbestimmten normalen Spannungsbereich (106) liegt; Einstellen des Arbeitszyklus umgekehrt proportional zu der Eingangsgleichspannung auf der Basis dessen, dass die Eingangsgleichspannung in einem ersten vorübergehenden Spannungsbereich (108) liegt, so dass die Ausgangsspannung eine im Wesentlichen konstante maximale Größe aufweist, wobei der erste vorübergehende Spannungsbereich (108) größer ist als der normale Spannungsbereich (106); und Einstellen des Arbeitszyklus umgekehrt proportional zu der Eingangsgleichspannung auf der Basis dessen, dass die Eingangsgleichspannung in einem zweiten vorübergehenden Spannungsbereich (110) liegt, so dass die Ausgangsspannung eine im Wesentlichen konstante minimale Größe aufweist, wobei der zweite vorübergehende Spannungsbereich (110) geringer ist als der normale Spannungsbereich (106).
Das Verfahren (150) gemäß Anspruch 12, 13 oder 14, bei dem das Bestimmen, in welchem der Mehrzahl von Größenbereichen die Gleichspannung liegt, ferner ein Vergleichen der Eingangsgleichspannung mit einer vorbestimmten Schwellenspannung aufweist, um zu bestimmen, in welchem der Mehrzahl von Bereichen die Eingangsgleichspannung liegt.