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DE10054339A1 - Switching regulator has first switch for connecting inductive storage element to input terminals and second switch for short circuiting capacitive element in series with inductive element - Google Patents

Switching regulator has first switch for connecting inductive storage element to input terminals and second switch for short circuiting capacitive element in series with inductive element

Info

Publication number
DE10054339A1
DE10054339A1 DE2000154339 DE10054339A DE10054339A1 DE 10054339 A1 DE10054339 A1 DE 10054339A1 DE 2000154339 DE2000154339 DE 2000154339 DE 10054339 A DE10054339 A DE 10054339A DE 10054339 A1 DE10054339 A1 DE 10054339A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switch
signal
switching regulator
control
output voltage
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.)
Withdrawn
Application number
DE2000154339
Other languages
German (de)
Inventor
Ordwin Haase
Alexander Mueller
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.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE2000154339 priority Critical patent/DE10054339A1/en
Publication of DE10054339A1 publication Critical patent/DE10054339A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H02M3/1582Buck-boost converters

Landscapes

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

Abstract

The device has input terminals EK1,EK2) for applying an input voltage, output terminals (AK1,AK2) for providing an output voltage to a load (RL), an inductive storage element (L) and a capacitive element (C2) in series with it, a first switch (S1) for connecting the storage element to the input terminals and a second switch (S2) for short circuiting the capacitive element. Independent claims are also included for the following: a method of converting an input voltage to an output voltage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltregler.The present invention relates to a switching regulator.

Aufgabe eines Schaltreglers ist es, eine gleichförmige Ein­ gangsspannung in eine gleichförmige Ausgangsspannung zur Ver­ sorgung einer Last umzuwandeln. Die Ausgangsspannung soll da­ bei unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung und/oder Laständerungen wenigstens annäherungsweise konstant gehalten werden.The job of a switching regulator is to make a uniform one output voltage into a uniform output voltage for ver supply of a load. The output voltage should be there regardless of changes in input voltage and / or Load changes kept at least approximately constant become.

Bei Schaltreglern unterscheidet man sogenannte "Buck- Converter", die in der Lage sind, aus der Eingangsspannung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, deren Amplitude kleiner als die der Eingangsspannung ist, und sogenannte "Boost Con­ verter", die aus der Eingangsspannung eine Ausgangsspannung mit größerer Amplitude erzeugen.A distinction is made between so-called "buck Converter "that are able to from the input voltage to generate an output voltage whose amplitude is smaller than that of the input voltage, and so-called "Boost Con verter ", which turns the input voltage into an output voltage generate with greater amplitude.

Der grundlegende Aufbau eines Buck-Converters ist in Stengl/Tihanyi: "Leistungs-MOS-FET-Praxis", Pflaum Verlag, 1992, Seite 176, Bild 8.19.7 beschrieben, der Buck-Converter weist Eingangsklammen zum Anlegen der Eingangsspannung und Ausgangsklemmen, an denen die Ausgangsspannung abgreifbar ist, auf. Zwischen den Eingangsklemmen ist ein als MOSFET ausgebildeter Schalter, eine Spule und ein Kondensator in Reihe geschaltet. Die Ausgangsspannung liegt dabei über dem Kondensator an. Eine parallel zu der Reihenschaltung aus Spu­ le und Kondensator geschaltete Diode dient als Freilaufele­ ment für den Spulenstrom bei geöffnetem Schalter.The basic structure of a buck converter is in Stengl / Tihanyi: "Power MOS FET Practice", Pflaum Verlag, 1992, page 176, Figure 8.19.7, the buck converter has input clamps for applying the input voltage and Output terminals at which the output voltage can be tapped is on. Between the input terminals is a MOSFET trained switch, a coil and a capacitor in Series connected. The output voltage is above that Capacitor on. A parallel to the series connection from Spu le and capacitor switched diode serves as a freewheel ment for the coil current with the switch open.

Der Schalter wird nach Maßgabe eines Anateuersignals getaktet geöffnet und geschlossen, wobei die Ausgangsspannung über die Taktfrequenz und/oder die Einschaltdauer eingestellt werden kann. The switch is clocked in accordance with an animation signal opened and closed, with the output voltage across the Clock frequency and / or the duty cycle can be set can.  

Bild 8.19.8 der genannten Veröffentlichung zeigt einen Boost- Converter, der ebenfalls Eingangsklemmen zum Anlegen der Ein­ gangsspannung und Ausgangsklemmen zum Bereitstellen der Aus­ gangsspannung aufweist. An die Eingangsklemmen ist dabei eine Reihenschaltung einer Spule und eines als MOSFET ausgebilde­ ten Schalters angeschlossen, wobei parallel zu dem Schalter eine Diode und ein Spule in Reihe geschaltet sind. Die Aus­ gangsspannung ist bei dem Boost-Converter ebenfalls über dem Kondensator abgreifbar.Figure 8.19.8 of the publication mentioned shows a boost Converter, which is also an input terminal for connecting the on output voltage and output terminals to provide the off has output voltage. There is one on the input terminals Series connection of a coil and one designed as a MOSFET ten switch connected, being parallel to the switch a diode and a coil are connected in series. The out output voltage is also above that with the boost converter Capacitor can be tapped.

Es besteht ein Bedarf nach Schaltreglern, die in der Lage sind eine gewünschte Ausgangsspannung sowohl aus einer klei­ neren Eingangsspannung als auch aus einer größeren Eingangs­ spannung erzeugen zu können, um den Schaltregler möglichst vielseitig für verschiedenste Eingangsspannungen verwenden zu können.There is a need for switching regulators that are capable are a desired output voltage from both a small input voltage as well as from a larger input To be able to generate voltage to the switching regulator as possible versatile to use for various input voltages can.

Dazu wurde vorgeschlagen, einen Buck-Converter und einen Bo­ ost-Converter zu kombinieren, wobei der Boost-Converter für Eingangsspannungen bis zu einem vorgegebenen ersten Amplitu­ denwert der Eingangsspannung die Ausgangsspannung erzeugt und wobei der Buck-Converter ab einem vorgegebenen zweiten Ampli­ tudenwert der Eingangsspannung die Ausgangsspannung erzeugt. Um einen gleichzeitigen Betrieb des Boost-Converters und des Buck-Converters zu vermeiden, ist der zweite Amplitudenwert, ab welchem der Buck-Converter einsetzt, größer als der erste Amplitudenwert, ab welchem der Boost-Converter aussetzt. Für dazwischen liegende Werte der Eingangsspannung bildet die Eingangsspannung direkt die Ausgangsspannung. Die Ausgangs­ spannung kann dadurch allerdings nicht konstant gehalten wer­ den.It was proposed to use a buck converter and a Bo ost converter to combine, the boost converter for Input voltages up to a predetermined first amplitude the value of the input voltage generates the output voltage and the buck converter starting from a predetermined second ampli the output voltage generates the output voltage. In order to operate the boost converter and the Avoiding buck converters is the second amplitude value, from which the buck converter starts, larger than the first Amplitude value from which the boost converter stops. For intermediate values of the input voltage form the Input voltage directly the output voltage. The exit however, voltage cannot be kept constant by this the.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schaltregler zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, eine vorgege­ bene Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung zu erzeugen, die größer, kleiner oder gleich der Ausgangsspannung sein kann. The aim of the present invention is to provide a switching regulator to make available, which is able to a given generate the same output voltage from an input voltage, which are greater, less than or equal to the output voltage can.  

Dieses Ziel wird durch einen Schaltregler gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This goal is achieved by a switching regulator according to the characteristics of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims.

Der erfindungsgemäße Schaltregler weist Eingangsklemmen zum Anlegen einer Eingangsspannung, Ausgangsklemmen zum Bereit­ stellen einer Ausgangsspannung für eine Last, ein induktives Speicherelement und ein dazu in Reihe geschaltetes kapaziti­ ves Speicherelement, einen ersten Schalter zum Anschließen des induktiven Speicherelements an eine der Eingangsklemmen und einen zweiten Schalter zum Kurzschließen des kapazitiven Speicherelements auf.The switching regulator according to the invention has input terminals for Apply an input voltage, output terminals ready set an output voltage for a load, an inductive Storage element and a capacitance connected in series ves memory element, a first switch for connection of the inductive storage element to one of the input terminals and a second switch for short-circuiting the capacitive Storage element.

Der erfindungsgemäße Schaltregler kann als Buck-Converter be­ trieben werden, wenn der zweite Schalter dauernd geöffnet ist und der erste Schalter getaktet geschlossen und geöffnet wird. Und der erfindungsgemäße Schaltregler kann als Boost- Converter betrieben werden, wenn der erste Schalter dauernd geschlossen ist und der zweite Schalter getaktet geöffnet und geschlossen wird.The switching regulator according to the invention can be a buck converter be driven when the second switch is continuously open and the first switch clocked closed and opened becomes. And the switching regulator according to the invention can be used as a boost Converter operated when the first switch is on is closed and the second switch is opened and clocked is closed.

Vorzugsweise wird der Schaltregler jedoch derart betrieben, dass bei jedem Schaltvorgang sowohl der erste als auch der zweite Schalter geschlossen werden, wobei die Ausgangsspan­ nung über das Verhältnis der Einschaltdauern des ersten und zweiten Schalters geregelt wird.However, the switching regulator is preferably operated in such a way that that with each shift, both the first and the second switches are closed, the output span on the ratio of the duty cycles of the first and second switch is regulated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine erste An­ steuerschaltung zur Bereitstellung eines ersten Ansteuersig­ nals für den ersten Schalter und eine zweite Ansteuerschal­ tung zur Bereitstellung eines zweiten Ansteuersignals für den zweiten Schalter vorgesehen. Der ersten und zweiten Ansteuer­ schaltung ist vorzugsweise ein von der Ausgangsspannung ab­ hängiges Ausgangsspannungssignal und ein von einem Strom durch die Spule abhängigen Stromsignal zur Bereitstellung der Ansteuersignale zugeführt.According to one embodiment of the invention, a first is control circuit for providing a first control signal nals for the first switch and a second control scarf device for providing a second control signal for the second switch provided. The first and second control circuit is preferably a from the output voltage dependent output voltage signal and one from a current  through the coil dependent current signal to provide the Control signals supplied.

Die erste und zweite Ansteuerschaltung weisen bei einer Ausführungsform der Erfindung jeweils einen Regelver­ stärker zum Vergleich des Ausgangsspannungssignals mit einem ersten bzw. zweiten Referenzsignal und zur Bereit­ stellung eines ersten bzw. zweiten Regelsignals auf. Die ersten und zweiten Regelsignale werden vorzugsweise mit dem Stromsignal oder einem von dem Stromsignal abhängi­ gen Signal verglichen, um ein Ansteuersignal für ein Flip-Flop zu bilden, wobei am Ausgang des in der ersten und Ansteuerschaltung vorhandenen ersten Flip-Flop das erste Ansteuersignal und am Ausgang des in der zweiten Ansteuerschaltung vorhandenen zweiten Flip-Flop das zweite Ansteuersignal zur Verfügung steht. Vorzugsweise werden die Flip-Flops in regelmäßigen Zeitabständen nach Maßgabe eines Taktsignals gesetzt und abhängig von Ver­ gleichen des ersten und zweiten Regelsignals mit dem Stromsignal zurückgesetzt.The first and second control circuits have one Embodiment of the invention each a Regelver stronger to compare the output voltage signal with a first or second reference signal and ready setting a first or second control signal. The first and second control signals are preferably with the current signal or one dependent on the current signal gene signal compared to a drive signal for a Form flip-flop, being at the output of the first and drive circuit existing first flip-flop first control signal and at the output of the second Drive circuit existing second flip-flop second control signal is available. Preferably the flip-flops will follow at regular intervals Provided a clock signal and depending on Ver same of the first and second control signal with the Current signal reset.

Bei einem derartigen Schaltregler, bei dem Flip-Flops in den Ansteuerschaltungen nach Maßgabe eines Taktsignals gesetzt werden, beginnen beide Schalter gleichzeitig zu leiten. Die in den Ansteuerschaltungen gebildeten Regel­ signale, nach deren Maßgabe die Flip-Flops zurückgesetzt und damit die Schalter gesperrt werden, sind so aufein­ ander abgestimmt, dass der zweite Schalter zeitlich stets vor dem ersten Schalter sperrt.With such a switching regulator, with the flip-flops in the control circuits in accordance with a clock signal are set, both switches start simultaneously conduct. The rule formed in the control circuits signals, according to which the flip-flops are reset and so that the switches are locked, so open otherwise matched that the second switch timed always locks in front of the first switch.

Bei geschlossenem ersten Schalter steigt der Strom durch die Spule linear an, wobei die Steigung des Stroman­ stiegs von der Eingangsspannung abhängig ist. Das Strom­ signal enthält dadurch eine Information über den Wert der Eingangsspannung, wobei die Einschaltdauer des ers­ ten und zweiten Schalters von dem Stromsignal und damit von der Eingangsspannung abhängig ist. Die Verstärkung des ersten Regelverstärkers ist vorzugsweise größer als die des zweiten Regelverstärkers, wodurch das erste Re­ gelsignal stets größer als das zweite Regelsignal ist. Erfolgt die Ansteuerung des ersten und zweiten Schalters derart, dass die Schalter nach dem Einschalten so lange geschlossen bleiben bis das Stromsignal das jeweilige Regelsignal übersteigt, so ist sichergestellt, dass der erste Schalter stets länger als der zweite Schalter ge­ schlossen ist. Bei einem derartigen Schaltregler "domi­ niert" der Buck-Betrieb.When the first switch is closed, the current rises the coil linearly, the slope of the current is dependent on the input voltage. The stream signal thus contains information about the value the input voltage, the duty cycle of the first th and second switch of the current signal and thus depends on the input voltage. The reinforcement  of the first control amplifier is preferably greater than that of the second control amplifier, whereby the first Re gel signal is always greater than the second control signal. The first and second switches are activated such that the switches after switching on for so long remain closed until the current signal the respective Control signal exceeds, it is ensured that the first switch always longer than the second switch ge is closed. In such a switching regulator "domi "Buck operation.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausfüh­ rungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt:The present invention is hereinafter described tion examples explained in more detail with reference to figures. It shows:

Fig. 1 Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltreglers; Fig. 1 block diagram of a first embodiment of a switching regulator according to the invention;

Fig. 2 Schaltregler nach Fig. 1 mit einer detaillier­ ten Darstellung von Ansteuerschaltungen zur Be­ reitstellung von Ansteuersignalen für die Schalter; Fig. 2 switching regulator of Figure 1 with a detailed th representation of control circuits for Be provision of control signals for the switch.

Fig. 3 Zeitliche Verläufe einiger in Fig. 3 einge­ zeichneter Signale, FIG. 3 is time profiles of some in Fig. 3 recorded signals,

Fig. 4 Verlauf des Duty-Cycle des ersten und zweiten Schalters (Fig. 4a) im vergleich zu der Ein­ gangsspannung (Fig. 4b); Fig. 4 course of the duty cycle of the first and second switches ( Fig. 4a) compared to the input voltage ( Fig. 4b);

Fig. 5 Schaltregler gemäß einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung. Fig. 5 switching regulator according to another embodiment of the invention.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angege­ ben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. In the figures, unless otherwise stated ben, same reference numerals, same parts with the same Importance.  

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Schaltreglers zur Umwandlung einer Eingangsspan­ nung Uin in eine Ausgangsspannung Uout. Der Schaltregler weist Eingangsklemmen EK1, EK2 zum Anlegen der Eingangsspan­ nung Uin und Ausgangsklemmen AK1, AK2 zum Bereitstellen der Ausgangsspannung Uout auf. An die Ausgangsklemmen AK1, AK2 ist eine Last, die in dem Ausführungsbeispiel als Ohmscher Widerstand RL dargestellt ist, zur Versorgung mit der Aus­ gangsspannung Uout anschließbar. Der Schaltregler weist wei­ terhin ein induktives Speicherelement L, im vorliegenden Fall eine Drossel, auf, welche in Reihe zu einem ersten Schalter S1 geschaltet ist, über den die Drossel L an die erste Ein­ gangsklemme EK1 anschließbar ist. In Reihe zu der Drossel L ist weiterhin ein kapazitives Speicherelement C2, im vorlie­ genden Fall ein Kondensator, geschaltet, über dem die Aus­ gangsspannung Uout abgreifbar ist. Zwischen die Drossel L und den Kondensator C2 ist weiterhin eine Diode D3 geschaltet, wobei ein zweiter Schalter S2 parallel zu der Reihenschaltung dieser Diode D3 und des Kondensators C2 geschaltet ist. Die Diode D3 verhindert, daß der Kondensator C2 bei geschlossenem zweiten Schalter S2 über den Schalter S2 entladen wird. Pa­ rallel zu der Reihenschaltung der Drossel L und des zweiten Schalters S2 ist zudem eine weitere Diode D2 geschaltet, wel­ che als Freilaufdiode für die Drossel L dient. Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive switching regulator for converting an input voltage Uin into an output voltage Uout. The switching regulator has input terminals EK1, EK2 for applying the input voltage Uin and output terminals AK1, AK2 for providing the output voltage Uout. A load, which is shown in the exemplary embodiment as an ohmic resistor R L , can be connected to the output terminals AK1, AK2 for supply with the output voltage Uout. The switching regulator further has an inductive storage element L, in the present case a choke, which is connected in series with a first switch S1, via which the choke L can be connected to the first input terminal EK1. In series with the inductor L, a capacitive storage element C2, in the present case, a capacitor, is also connected, via which the output voltage Uout can be tapped. A diode D3 is also connected between the inductor L and the capacitor C2, a second switch S2 being connected in parallel with the series connection of this diode D3 and the capacitor C2. The diode D3 prevents the capacitor C2 from being discharged via the switch S2 when the second switch S2 is closed. In parallel to the series connection of the inductor L and the second switch S2, a further diode D2 is also connected, which serves as a freewheeling diode for the inductor L.

An die Eingangsklemmen EK1, EK2 ist weiterhin eine Gleich­ richteranordnung bestehend aus einer Reihenschaltung einer Diode D1 und eines Kondensators C1 geschaltet, deren Aufgabe es ist, kurzfristige Schwankungen der Eingangsspannung Uin auszugleichen. Auf diese Gleichrichteranordnung D1, C1 kann verzichtet werden, wenn eine ideale Gleichspannung als Ein­ gangsspannung Uin zur Verfügung steht. Im vorliegenden Fall liegt über dem Kondensator C1 eine Gleichspannung an, die der Eingangsspannung Uin abzüglich der Durchlassspannung der Dio­ de D1 entspricht. At the input terminals EK1, EK2 there is still an equal judge arrangement consisting of a series connection of a Diode D1 and a capacitor C1 switched, the task it is short-term fluctuations in the input voltage Uin compensate. This rectifier arrangement D1, C1 can to be dispensed with if an ideal DC voltage as an output voltage Uin is available. In the present case there is a DC voltage across the capacitor C1, which the Input voltage Uin minus the forward voltage of the Dio de corresponds to D1.  

Der dargestellte Schaltregler kann als Buck-Converter betrie­ ben werden, wenn der zweite Schalter S2 dauerhaft geöffnet ist und der erste Schalter S1 getaktet geöffnet und geschlos­ sen wird. Die Drossel L und der Speicherkondensator C2 nehmen solange Energie auf, solange der erste Schalter S1 geschlos­ sen ist, wobei die Drossel L bei anschließend geöffnetem Schalter wenigstens einen Teil der darin gespeicherten Ener­ gie an den Speicherkondensator C2 abgibt. Die Ausgangsspan­ nung Uout ist bei einem Buck-Converter geringer als die Ein­ gangsspannung Uin. Die Diode D2 schließt bei geöffnetem ers­ ten Schalter S1 den Stromkreis zwischen der Drossel L, der Diode D3 und dem Kondensator C2.The switching regulator shown can be operated as a buck converter ben when the second switch S2 is permanently open and the first switch S1 is clocked open and closed will. Take the inductor L and the storage capacitor C2 as long as power on, as long as the first switch S1 is closed sen, the throttle L when subsequently open Switch at least part of the energy stored in it relays to the storage capacitor C2. The initial chip voltage Uout is lower than the On for a Buck converter output voltage Uin. The diode D2 closes when the ers th switch S1 the circuit between the inductor L, the Diode D3 and capacitor C2.

Der dargestellte Schaltregler kann auch als Boost-Converter betrieben werden, wenn der erste Schalter S1 dauernd ge­ schlossen ist und der zweite Schalter S2 getaktet geschlossen und geöffnet wird. Die Drossel L nimmt bei geschlossenem zweiten Schalter S2 Energie auf und gibt wenigstens einen Teil der aufgenommenen Energie bei anschließend geöffnetem zweiten Schalter S2 über die Diode D3 an den Speicherkonden­ sator C2 ab. Die Ausgangsspannung Uout ist bei einem Betrieb des Schaltreglers als Boost-Converter größer als die Ein­ gangsspannung Uin.The switching regulator shown can also be used as a boost converter be operated when the first switch S1 is continuously ge is closed and the second switch S2 is closed clocked and is opened. The throttle L takes when closed second switch S2 energy and gives at least one Part of the absorbed energy when opened second switch S2 via the diode D3 on the storage probes sator C2. The output voltage Uout is in operation of the switching regulator as a boost converter larger than the on output voltage Uin.

Obwohl der erfindungsgemäße Schaltregler aufgrund seines Auf­ baus ausschließlich als Buck-Converter oder ausschließlich als Boost-Converter betrieben werden kann, werden der erste und zweite Schalter S1, S2 vorzugsweise derart angesteuert, daß bei jedem Schaltvorgang beide Schalter S1, S2 geschlossen werden, wobei das Verhältnis der Einschaltdauern des ersten und zweiten Schalters S1, S2 abhängig von der Eingangsspan­ nung Uin variiert und wobei die Einschaltdauer des zweiten Schalters S2 stets geringer als die Einschaltdauer des ersten Schalters S1 ist. Auf diese Weise kann mittels des erfin­ dungsgemäßen Schaltreglers eine konstante Ausgangsspannung Uout aus einer Eingangsspannung Uin erzeugt werden, wobei die Eingangsspannung Uin größer, kleiner oder gleich der Aus­ gangsspannung Uout sein kann.Although the switching regulator according to the invention due to its on build exclusively as a buck converter or exclusively can be operated as a boost converter, be the first and second switches S1, S2 are preferably controlled in such a way that with each switching operation both switches S1, S2 are closed be, the ratio of the duty cycles of the first and second switch S1, S2 depending on the input span voltage Uin varies and the duty cycle of the second Switch S2 always less than the duty cycle of the first Switch S1 is. In this way, by means of the invent The switching regulator according to the invention has a constant output voltage Uout are generated from an input voltage Uin, the  Input voltage Uin greater, less than or equal to the off output voltage Uout can be.

Der erfindungsgemäße Schaltregler weist eine erste Ansteuer­ schaltung AN1 zur Bereitstellung eines ersten Ansteuersignals AS1 für den ersten Schalter S1 und eine zweite Ansteuerschal­ tung AN2 zur Bereitstellung eines zweiten Ansteuersignals AS2 für den zweiten Schalter S2 auf. Den Ansteuerschaltungen AN1, AN2 ist jeweils ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges Ausgangsspannungssignal US zugeführt, wobei die Ansteuer­ schaltungen AN1, AN2 die Ansteuersignale AS1, AS2 abhängig von dem Ausgangsspannungssignal US erzeugen, um bei einer Än­ derung der Ausgangsspannung Uout durch Ändern der Einschalt­ dauern der ersten und zweiten Schalter S1, S2 die Energieauf­ nahme des Schaltreglers und damit die Ausgangsspannung Uout nachzuregeln. Zur Bereitstellung des Ausgangsspannungssignals US ist eine Messanordnung MA1 zwischen die Ausgangsklemmen AK1, AK2 geschaltet, die in dem Ausführungsbeispiel eine Rei­ henschaltung zweier Widerstände R1, R2 aufweist, wobei das Ausgangsspannungssignal US als Spannung an einem den beiden Widerständen R1, R2 gemeinsamen Knoten abgreifbar ist.The switching regulator according to the invention has a first control circuit AN1 for providing a first control signal AS1 for the first switch S1 and a second control scarf device AN2 for providing a second control signal AS2 for the second switch S2. The control circuits AN1, AN2 is a function of the output voltage Uout Output voltage signal US supplied, the drive circuits AN1, AN2 the control signals AS1, AS2 dependent from the output voltage signal US to produce at a change of the output voltage Uout by changing the switch-on the first and second switches S1, S2 take up the energy took the switching regulator and thus the output voltage Uout readjust. To provide the output voltage signal US is a measuring arrangement MA1 between the output terminals AK1, AK2 switched, which in the exemplary embodiment a Rei Connection of two resistors R1, R2, the Output voltage signal US as voltage on one of the two Resistors R1, R2 common taps can be tapped.

Den Ansteuerschaltungen AN1, AN2 ist weiterhin ein Stromsig­ nal IS zugeführt, welches von einem in den Schaltregler flie­ ßenden Strom Iin abhängig ist. Das Stromsignal IS wird durch eine Strommessanordnung MA2 bereitgestellt, welche den in den Schaltregler fließenden Strom Iin misst.The control circuits AN1, AN2 is still a current signal nal IS supplied, which flows from one in the switching regulator current Iin is dependent. The current signal IS is through a current measuring arrangement MA2 is provided, which the in the Switching regulator measures current Iin flowing.

Die ersten und zweiten Schalter S1, S2 sind mittels der An­ steuersignale AS1, AS2 vorzugsweise derart angesteuert, daß sie gleichzeitig schließen und daß der zweite Schalter S2 zeitlich vor dem ersten Schalter S1 öffnet, wobei über das Verhältnis der Einschaltdauer des ersten Schalters S1 zu der Einschaltdauer des zweiten Schalters S2 die Ausgangsspannung Uout abhängig von der Eingangsspannung Uin eingestellt werden kann. Wird der zweite Schalter S2 gar nicht geschlossen, so arbeitet der Schaltregler als Buck-Converter, bleibt der zweite Schalter S2 so lange wie der erste Schalter S1 einge­ schaltet, so funktioniert der Schaltregler als Boost- Converter. Wird der Schaltregler derart betrieben, daß die beiden Schalter S1, S2 gleichzeitig einschalten und daß der zweite Schalter S2 vor dem ersten Schalter S1 öffnet, so re­ sultiert daraus eine Art "mixed-mode" der es ermöglicht, eine annäherungsweise konstante Ausgangsspannung Uout aus einer größeren oder kleineren Eingangsspannung Uin zu bilden.The first and second switches S1, S2 are switched on Control signals AS1, AS2 preferably controlled such that they close at the same time and that the second switch S2 opens before the first switch S1, with the Ratio of the duty cycle of the first switch S1 to that Duty cycle of the second switch S2 the output voltage Uout can be set depending on the input voltage Uin can. If the second switch S2 is not closed at all, then if the switching regulator works as a buck converter, it remains  second switch S2 as long as the first switch S1 turned on switches, the switching regulator works as a boost Converter. If the switching regulator is operated such that the turn on both switches S1, S2 simultaneously and that the second switch S2 opens before the first switch S1, see right it results in a kind of "mixed-mode" that makes it possible approximately constant output voltage Uout from a to form larger or smaller input voltage Uin.

Fig. 2 zeigt den Schaltregler gemäß Fig. 1, wobei der Auf­ bau der Ansteuerschaltungen AN1, AN2 detaillierter darge­ stellt ist. Fig. 2 shows the switching regulator according to FIG. 1, the construction of the control circuits AN1, AN2 being shown in greater detail.

Jede Ansteuerschaltung AN1, AN2 weist in dem Ausführungsbei­ spiel einen Regelverstärker RV1, RV2 auf, dem jeweils das Ausgangsspannungssignal US zugeführt ist. Die Regelverstärker RV1, RV2 sind als integrierende Regelverstärker ausgeführt und vergleichen das Ausgangsspannungssignal US mit jeweils einem Referenzsignal Vref1, Vref2, wobei am Ausgang jedes Re­ gelverstärkers RV1, RV2 ein Regelsignal RS1, RS2 anliegt, welches dem zeitlichen Mittelwert der Differenz zwischen dem jeweiligen Referenzsignal Vref1, Vref2 und dem Ausgangsspan­ nungssignal US entspricht.Each drive circuit AN1, AN2 in the embodiment play a control amplifier RV1, RV2, which each Output voltage signal US is supplied. The control amplifier RV1, RV2 are designed as integrating control amplifiers and compare the output voltage signal US with each a reference signal Vref1, Vref2, with each Re gel amplifier RV1, RV2 a control signal RS1, RS2 is present, which is the time average of the difference between the respective reference signal Vref1, Vref2 and the output span voltage signal US corresponds.

Den Regelverstärkern RV1, RV2 ist jeweils ein Komparator K1, K2 nachgeschaltet, wobei in dem Ausführungsbeispiel dem Mi­ nus-Eingang des Komparators K1, K2 das am Ausgang des jewei­ ligen Regelverstärkers RV1, RV2 anliegende Regelsignal RS1, RS2 zugeführt ist. An den Plus-Eingängen der Komparatoren K1, K2 liegt das von der zweiten Messanordnung MA2 bereitgestell­ te Stromsignal IS an.The control amplifiers RV1, RV2 each have a comparator K1, K2 downstream, the Mi nus input of the comparator K1, K2 at the output of each current control amplifier RV1, RV2 applied control signal RS1, RS2 is fed. At the plus inputs of comparators K1, K2 is provided by the second measuring arrangement MA2 te current signal IS.

Den Komparatoren K1, K2 ist jeweils eine Speicherschaltung RSF1, RSF2 nachgeschaltet, die in dem Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 2 als RS-Flip-Flops ausgebildet sind. Ein Kompara­ torausgangssignal KS1 des Komparators K1 ist dabei einem Re­ set-Eingang des RS-Flip-Flops RSF1 in der ersten Ansteuerschaltung AN1 und ein Komparatorausgangssignal KS2 des Kompa­ rators K2 ist einem Reset-Eingang des RS-Flip-Flops RSF2 in der Ansteuerschaltung AN2 zugeführt. Weiterhin ist ein Takt­ generator TG vorhanden, welcher ein Taktsignal TS bereit­ stellt, welches Set-Eingängen der RS-Flip-Flops RSF1, RSF2 zugeführt ist. An einem Ausgang Q des RS-Flip-Flops RSF1 der ersten Ansteuerschaltung AN1 steht das erste Ansteuersignal AS1 für den ersten Schalter S1 und an einem Ausgang Q des RS- Flip-Flops RSF2 der zweiten Ansteuerschaltung AN2 steht das zweite Ansteuersignal AS2 für den zweiten Schalter S2 zur Verfügung.The comparators K1, K2 are each followed by a memory circuit RSF1, RSF2, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 2 are designed as RS flip-flops. A comparator output signal KS1 of the comparator K1 is a reset input of the RS flip-flop RSF1 in the first control circuit AN1 and a comparator output signal KS2 of the comparator K2 is a reset input of the RS flip-flop RSF2 in the control circuit AN2 fed. There is also a clock generator TG which provides a clock signal TS which is fed to set inputs of the RS flip-flops RSF1, RSF2. At an output Q of the RS flip-flop RSF1 of the first control circuit AN1, the first control signal AS1 stands for the first switch S1 and at an output Q of the RS flip-flop RSF2 of the second control circuit AN2, the second control signal AS2 stands for the second switch S2 available.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 wird nachfolgend unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Signal­ verläufe erläutert. Fig. 3a zeigt einen zeitlichen Aus­ schnitt des Verlaufes des Stromsignals IS, und des ersten und zweiten Regelsignals RS1, RS2. Fig. 3b zeigt einen zeitli­ chen Ausschnitt des Verlaufes des ersten Ansteuersignals AS1. Fig. 3c zeigt einen zeitlichen Ausschnitt des Verlaufes des zweiten Ansteuersignals AS2 und Fig. 3d zeigt einen zeitli­ chen Ausschnitt des Verlaufes des Taktsignals TS.The circuit arrangement according to FIG. 2 is explained below using the signal curves shown in FIG. 3. Fig. 3a shows a temporal section from the course of the current signal IS, and the first and second control signals RS1, RS2. FIG. 3b shows a cut-chen zeitli the course of the first drive signal AS1. Fig. 3c shows a time segment of the course of the second drive signal AS2 and Fig. 3d shows a cut-chen zeitli the course of the clock signal TS.

Werden mit Beginn eines Impulses des Taktsignals TS zum Zeit­ punkt t0 das erste und zweite Flip-Flop RSF1, RSF2 gesetzt, so nehmen die Ansteuersignale AS1, AS2 einen High-Pegel an und die beiden Schalter S1, S2 werden geschlossen. Hierzu sei angemerkt, daß für die folgende Beschreibung angenommen ist, daß die beiden Schalter S1, S2 jeweils bei einem High-Pegel des Ansteuersignals AS1, AS2 leiten und bei einem Low-Pegel sperren. Derartige Schalter sind beispielsweise n-leitende MOS-FET, wobei die Ansteuersignale AS1, AS2 bei Verwendung derartiger MOS-FET an die Gate-Elektroden dieser Bauelemente angelegt werden. Selbstverständlich ist der erfindungsgemäße Schaltregler auch mit Schaltern S1, S2 realisierbar, welche bei einem Low-Pegel leiten und bei einem High-Pegel sperren. Die in Fig. 3 dargestellten Ansteuersignale AS1, AS2 sind bei Verwendung derartiger Schalter in bekannter Weise zu in­ vertieren.If the first and second flip-flop RSF1, RSF2 are set at the time t0 at the start of a pulse of the clock signal TS, the control signals AS1, AS2 assume a high level and the two switches S1, S2 are closed. In this regard, it should be noted that it is assumed for the following description that the two switches S1, S2 each conduct at a high level of the control signal AS1, AS2 and block at a low level. Such switches are, for example, n-type MOS-FETs, the drive signals AS1, AS2 being applied to the gate electrodes of these components when using such MOS-FETs. Of course, the switching regulator according to the invention can also be implemented with switches S1, S2, which conduct at a low level and block at a high level. The control signals AS1, AS2 shown in FIG. 3 are to be vertically deflected in a known manner when using such switches.

Leiten der erste und zweite Schalter S1, S2 angesteuert durch die Ansteuersignale AS1, AS2 ab dem Zeitpunkt t0, so liegt annäherungsweise die gesamte Eingangsspannung Uin über der Drossel L an. Bei der Darstellung des Verlaufes des Stromsig­ nals IS in Fig. 3a ist angenommen, daß die Schalter S1, S2 zeitweise bereits vor dem Zeitpunkt t0 geschlossen waren, so daß die Drossel L Strom aufnehmen konnte. Dabei ist angenom­ men, daß dieser Strom zum Zeitpunkt t0 noch nicht vollständig abkommutiert ist, so daß der in den Schaltregler, beziehungs­ weise die Drossel L fließende Strom Iin beziehungsweise das Stromsignal IS zum Zeitpunkt t0 nicht bei Null sondern bei einem Wert beginnt, welcher dem Spulenstrom IL kurz vor dem Zeitpunkt t0 entspricht. Vor dem Schließen des ersten Schal­ ters S1 wird dieser Spulenstrom IL von der Freilaufdiode D2 übernommen.If the first and second switches S1, S2 are controlled by the control signals AS1, AS2 from time t0, approximately the entire input voltage Uin is present across the inductor L. In the representation of the course of the current signal IS in Fig. 3a it is assumed that the switches S1, S2 were temporarily closed before the time t0, so that the inductor L could absorb current. It is assumed that this current is not yet completely commutated at time t0, so that the current Iin flowing in the switching regulator, or the inductor L, or the current signal IS does not start at zero at time t0 but at a value which corresponds to that Coil current I L corresponds shortly before the time t0. Before the first switch S1 closes, this coil current I L is taken over by the freewheeling diode D2.

Ausgehend von dem Anfangswert zum Zeitpunkt t0 steigt der Eingangsstrom Iin, der bei geschlossenem ersten Schalter S1 dem Spulenstrom IL entspricht, linear über der Zeit an, wobei die Steigung des Spulenstromes IL, und damit des Stromsignals IS, proportional zu der über der Drossel L anliegenden Span­ nung, und damit unter Vernachlässigung der Diode D1 proporti­ onal zu der Eingangsspannung Uin ist. Erreicht das Stromsig­ nal IS zu einem Zeitpunkt t1 den Wert des zweiten Regelsig­ nals RS2, so nimmt das Ausgangssignal KS2 des zweiten Kompa­ rators K2 einen High-Pegel an, welcher das zweite RS-Flip- Flop RSF2 zurücksetzt, wodurch das zweite Ansteuersignal AS2 einen Low-Pegel annimmt und den zweiten Schalter S2 sperrt. Bei geöffnetem Schalter S2 reduziert sich die über der Dros­ sel L anfallende Spannung, so daß der Spulenstrom IL ab dem Zeitpunkt t1 langsamer als zuvor ansteigt.Starting from the initial value at time t0, the input current Iin, which corresponds to the coil current I L when the first switch S1 is closed, increases linearly over time, the slope of the coil current I L , and thus of the current signal IS, being proportional to that via the inductor L applied voltage, and thus neglecting the diode D1 is proportional to the input voltage Uin. If the current signal IS reaches the value of the second control signal RS2 at a time t1, the output signal KS2 of the second comparator K2 assumes a high level, which resets the second RS flip-flop RSF2, as a result of which the second control signal AS2 is one Assumes low level and blocks the second switch S2. When switch S2 is open, the voltage across the Dros sel L is reduced, so that the coil current I L increases more slowly than before from the time t1.

Erreicht das Stromsignal IS zu einem Zeitpunkt t3 den Wert des ersten Regelsignals RS1, so nimmt das Ausgangssignal KS1 des ersten Komparators K1 einen High-Pegel an, der das erste Flip-Flop RSF1 zurücksetzt, so daß das erste Ansteuersignal AS1 einen Low-Pegel annimmt und der erste Schalter S1 sperrt. Damit wird die Stromzufuhr von den Eingangsklemmen EK1, EK2 zu der Drossel L1 unterbrochen und das Stromsignal IS sinkt auf Null ab.The current signal IS reaches the value at a time t3 of the first control signal RS1, the output signal KS1  of the first comparator K1 to a high level, which is the first Flip-Flop RSF1 resets, so that the first drive signal AS1 assumes a low level and the first switch S1 blocks. The current supply from the input terminals EK1, EK2 interrupted to the choke L1 and the current signal IS drops to zero.

Die Einschaltzeitpunkte, zu denen der erste und zweite Schal­ ter S1, S2 gleichzeitig eingeschaltet werden, sind bei dem Schaltregler gemäß Fig. 2 durch das Taktsignal TS fest vor­ gegeben. Die Periodendauer dieses Taktsignals TS beträgt Tt. Die Einschaltdauer Ta1 des ersten Ansteuersignals AS1 ist ab­ hängig von dem Stromsignal IS und dem ersten Regelsignal RS1. Die Einschaltdauer Ta2 des zweiten Ansteuersignals AS2 ist abhängig von dem Stromsignal IS und dem zweiten Regelsignal RS2. Sinkt infolge eines Lastanstiegs oder eines Absinkens der Eingangsspannung Uin die Ausgangsspannung Uout ab, so sinkt das Spannungssignal US ebenfalls ab und die Differenz aus dem ersten Referenzsignal Vref1 und dem Ausgangsspan­ nungssignal US und die Differenz aus dem zweiten Referenzsig­ nal Vref2 und dem Ausgangsspannungssignal US steigt an. Durch den integrierenden Regelverstärker RV1 steigt dadurch das Re­ gelsignal RS1 und bedingt durch den integrierenden Regelver­ stärker RV2 steigt dadurch das zweite Regelsignal RS2 an. Steigt die Ausgangsspannung Uout bedingt durch einen Lastab­ fall oder durch einen Anstieg der Eingangsspannung Uin an, so sinken die Regelsignale RS1, RS2 ab. Ein ansteigendes erstes Regelsignal RS1 bewirkt, daß sich die Zeitdauer Ta1, bis zu welcher das Stromsignal IS das erste Regelsignal RS1 er­ reicht, verlängert, wodurch der Schalter S1 länger geschlos­ sen bleibt. Ein ansteigendes zweites Regelsignal RS2 bewirkt, daß sich die Zeitdauer Ta2, bis zu welcher das Stromsignal IS das zweite Regelsignal RS2 erreicht, verlängert, wodurch der zweite Schalter S2 länger geschlossen bleibt. Dabei gilt, je länger der erste Schalter S1 geschlossen bleibt, um so mehr Energie kann die Drossel L aufnehmen und an den Speicherkon­ densator C2 abgeben, wodurch die Ausgangsspannung Uout und das Ausgangsspannungssignal US ansteigt, bis sich die Aus­ gangsspannung Uout wieder auf den Sollwert eingeregelt hat.The switch-on times at which the first and second switches ter S1, S2 are switched on simultaneously are fixed in the switching regulator according to FIG. 2 by the clock signal TS. The period of this clock signal TS is Tt. The duty cycle Ta1 of the first control signal AS1 is dependent on the current signal IS and the first control signal RS1. The duty cycle Ta2 of the second drive signal AS2 depends on the current signal IS and the second control signal RS2. If the output voltage Uout drops as a result of a load increase or a decrease in the input voltage Uin, then the voltage signal US also drops and the difference between the first reference signal Vref1 and the output voltage signal US and the difference between the second reference signal Vref2 and the output voltage signal US increases , The integrating control amplifier RV1 thereby increases the control signal RS1 and, due to the integrating regulating amplifier RV2, the second control signal RS2 thereby increases. If the output voltage Uout increases due to a load drop or an increase in the input voltage Uin, the control signals RS1, RS2 decrease. An increasing first control signal RS1 causes the time period Ta1, up to which the current signal IS reaches the first control signal RS1, whereby the switch S1 remains closed for a longer time. An increasing second control signal RS2 has the effect that the time period Ta2 until which the current signal IS reaches the second control signal RS2 is extended, as a result of which the second switch S2 remains closed for a longer time. The longer the first switch S1 remains closed, the more energy the inductor L can absorb and give to the storage capacitor C2, whereby the output voltage Uout and the output voltage signal US rise until the output voltage Uout adjusts itself again to the desired value Has.

Das Stromsignal IS beeinflusst die Einschaltdauern Ta1, Ta2 des ersten und zweiten Schalters S1, S2 dahingehend, daß das Stromsignal IS bei einer großen Eingangsspannung Uin stärker als bei einer kleinen Eingangsspannung Uin ansteigt. Je stei­ ler das Stromsignal IS ansteigt, um so früher erreicht das Stromsignal IS den Wert des ersten und zweiten Regelsignals RS1, RS2 und um so früher werden der erste und zweite Schal­ ter S1, S2 nach dem Einschalten wieder abgeschaltet.The current signal IS influences the duty cycles Ta1, Ta2 of the first and second switches S1, S2 in that the Current signal IS stronger with a large input voltage Uin than increases with a small input voltage Uin. Je steep ler the current signal IS rises, the sooner it reaches that Current signal IS the value of the first and second control signals RS1, RS2 and all the earlier become the first and second scarf ter S1, S2 switched off again after switching on.

Der erste und zweite Regelverstärker RV1, RV2 sind derart aufeinander abgestimmt, daß das erste Regelsignal RS1 stets größer als das zweite Regelsignal RS2 ist, um zu verhindern, daß die Einschaltdauer Ta1 des ersten Schalters S1 kürzer als die Einschaltdauer Ta2 des zweiten Schalters S2 ist. Dazu ist die Verstärkung des ersten Regelverstärkers RV1, vorzugsweise um den Faktor 3, größer als die Verstärkung des zweiten Re­ gelverstärkers RV2. Zudem ist die zweite Referenzspannung Vref2 kleiner als die erste Referenzspannung Vref1. Letzteres bewirkt, dass das zweite Regelsignal RS2 bei sinkender Aus­ gangsspannung Uout erst nach dem ersten Regelsignal RS1 an­ steigt.The first and second control amplifiers RV1, RV2 are of this type coordinated that the first control signal RS1 always is greater than the second control signal RS2 to prevent that the duty cycle Ta1 of the first switch S1 is shorter than is the duty cycle Ta2 of the second switch S2. Is to the gain of the first control amplifier RV1, preferably by a factor of 3, greater than the gain of the second re gel amplifier RV2. In addition, the second reference voltage Vref2 less than the first reference voltage Vref1. The latter causes the second control signal RS2 when falling off output voltage Uout only after the first control signal RS1 increases.

Die Periodendauer eines Schaltvorgangs bei dem dargestellten Schaltregler ist bestimmt durch die Periodendauer Tt des Taktsignals TS. Das Verhältnis aus Einschaltdauer und Perio­ dendauer wird als Duty-Cycle des jeweiligen Schalters be­ zeichnet. Das Verhältnis DC1 = Ta1/Tt bezeichnet den Duty-Cycle des ersten Schalters S1 und das Verhältnis DC2 = Ta2/Tt be­ zeichnet den Duty-Cycle des zweiten Schalters S2. Fig. 4a zeigt den zeitlichen Verlauf des ersten und zweiten Duty- Cycles DC1, DC2 für eine Eingangsspannung Uin, deren zeitli­ cher Verlauf zusammen mit der Ausgangsspannung Uout darunter in Fig. 4b dargestellt ist. The period of a switching operation in the switching regulator shown is determined by the period Tt of the clock signal TS. The ratio of duty cycle and period is referred to as the duty cycle of the respective switch. The ratio DC1 = Ta1 / Tt denotes the duty cycle of the first switch S1 and the ratio DC2 = Ta2 / Tt denotes the duty cycle of the second switch S2. FIG. 4a shows the time course of the first and second duty-cycles DC1, DC2 for an input voltage Uin, the zeitli cher curve is shown together with the output voltage Uout including in Fig. 4b.

Bei einem Maximalwert Uinmax der Eingangsspannung Uin nehmen der erste und zweite Duty-Cycle DC1, DC2 jeweils einen Mini­ malwert an, d. h. der erste und zweite Schalter S1, S2 müssen verhältnismäßig kurzgeschlossen bleiben, um eine ausreichende Energieaufnahme der Drossel L zur Bereitstellung der Aus­ gangsspannung Uout an den Ausgangsklemmen zu gewährleisten. Sinkt die Ausgangsspannung Uin unter den Maximalwert Uinmax ab, so beginnt der Duty-Cycle DC1 des ersten Schalters S1 an­ zusteigen, während der Duty-Cycle DC2 des zweiten Schalters S2 nicht oder nur sehr langsam ansteigt. Der Duty-Cycle DC2 des zweiten Schalters S2 steigt stärker an, nachdem der Duty- Cycle DC1 des ersten Schalters S1 einen Maximalwert erreicht hat, ab welchem dieser nicht mehr weiter ansteigt. Dieser Ma­ ximalwert beträgt vorzugsweise etwas weniger als 1. Der Duty- Cycle DC1 des ersten Schalters S1 erreicht in dem Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 4 erst dann seinen Maximalwert, wenn die Eingangsspannung Uin bereits unter den Wert der Aus­ gangsspannung Uout abgesunken ist. Der Duty-Cycle DC2 des zweiten Schalters S2 erreicht seinen Maximalwert, wenn die Eingangsspannung Uin einen Minimalwert Uinmin erreicht.At a maximum value Uin max of the input voltage Uin, the first and second duty cycles DC1, DC2 each assume a minimum value, ie the first and second switches S1, S2 must remain relatively short-circuited to ensure sufficient energy consumption by the inductor L to provide the off to ensure output voltage Uout at the output terminals. If the output voltage Uin falls below the maximum value Uin max , the duty cycle DC1 of the first switch S1 begins to rise, while the duty cycle DC2 of the second switch S2 does not increase or only increases very slowly. The duty cycle DC2 of the second switch S2 rises more sharply after the duty cycle DC1 of the first switch S1 has reached a maximum value above which this no longer rises. This maximum value is preferably slightly less than 1. The duty cycle DC1 of the first switch S1 in the exemplary embodiment according to FIG. 4 only reaches its maximum value when the input voltage Uin has already dropped below the value of the output voltage Uout. The duty cycle DC2 of the second switch S2 reaches its maximum value when the input voltage Uin reaches a minimum value Uin min .

Wie dem Verlauf der Duty-Cycles DC1, DC2 abhängig von der Eingangsspannung Uin in Fig. 4 zu entnehmen ist, werden der erste und zweite Schalter S1, S2 bei dem erfindungsgemäßen Schaltregler vorzugsweise derart angesteuert, daß beide Schalter pro Schaltvorgang für eine bestimmte Zeitdauer ein­ geschaltet werden, die Einschaltdauern der einzelnen Schalter S1, S2 und das Verhältnis der Einschaltdauern von der Ein­ gangsspannung Uin abhängig ist. Der zweite Schalter S2 (Bo­ ost-Schalter) ist dann besonders lange eingeschaltet, wenn die Eingangsspannung Uin unter den Wert der Ausgangsspannung Uout absinkt und so eine Spannungsverstärkung durch den Schaltregler erforderlich ist.As can be seen from the course of the duty cycles DC1, DC2 as a function of the input voltage Uin in FIG. 4, the first and second switches S1, S2 in the switching regulator according to the invention are preferably controlled in such a way that both switches are switched on for a specific period of time per switching operation are switched, the duty cycles of the individual switches S1, S2 and the ratio of the duty cycles depends on the input voltage Uin. The second switch S2 (boost switch) is switched on for a particularly long time when the input voltage Uin drops below the value of the output voltage Uout and thus a voltage amplification by the switching regulator is required.

Der Verlauf der Eingangsspannung Uin findet bei dem erfin­ dungsgemäßen Schaltregler sowohl in dem Stromsignal IS als auch in dem Ausgangsspannungssignal US Niederschlag. Sinkt nämlich die Eingangsspannung Uin ab, so sinkt zunächst auch die Ausgangsspannung Uout und das Ausgangsspannungssignal US ab, wodurch sich die Regelsignale RS1, RS2 vergrößern. Umge­ kehrt verkleinern sich die Regelsignale RS1, RS2, wenn die Eingangsspannung Uin ansteigt. Das in Fig. 4 dargestellte Verhalten, wonach der Duty-Cycle DC2 des zweiten Schalters S2 eingestellt durch das zweite Regelsignal RS2 erst bei Unter­ schreiten eines bestimmten Wertes der Eingangsspannung Uin stärker ansteigt, lässt sich durch eine geeignete Dimensio­ nierung des Regelverstärkers RV2 erzeugen, beispielsweise da­ durch, dass die Verstärkung des zweiten Regelverstärkers RV2 kleiner als die Regelverstärkung des ersten Regelverstärkers RV1 ist und dadurch, dass das zweite Referenzsignal Vref2 kleiner als das erste Referenzsignal Vref1 ist. Die zuletzt genannte Maßnahme bewirkt einen "Offset" des zweiten Regel­ verstärkers RV2 gegenüber dem ersten Regelverstärker RV1, wo­ durch der Duty-Cycle DC2 des zweiten Schalters S2 erst bei einer kleineren Ausgangsspannung Uout als der Duty-Cycle DC1 des ersten Schalters S1 anzusteigen beginnt. Zur Begrenzung des Duty-Cycles DC1 des ersten Schalters S1 ist vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Begrenzungsschaltung für das erste Regelsignal RS1 vorgesehen, um das erste Regelsignal RS1 auf einen maximalen oberen Wert zu begrenzen und auf die­ se Weise sicherzustellen, daß das Stromsignal IS das erste Regelsignal RS1 erreicht, bevor das Ende der Periodendauer Tt erreicht ist.The course of the input voltage Uin is reflected in the switching regulator according to the invention both in the current signal IS and in the output voltage signal US. If the input voltage Uin drops, the output voltage Uout and the output voltage signal US also initially decrease, as a result of which the control signals RS1, RS2 increase. Conversely, the control signals RS1, RS2 decrease when the input voltage Uin increases. The behavior shown in Fig. 4, according to which the duty cycle DC2 of the second switch S2 set by the second control signal RS2 only increases when a certain value of the input voltage Uin falls below, can be generated by a suitable dimensioning of the control amplifier RV2, for example because of the fact that the gain of the second control amplifier RV2 is smaller than the control gain of the first control amplifier RV1 and that the second reference signal Vref2 is smaller than the first reference signal Vref1. The last-mentioned measure causes an "offset" of the second control amplifier RV2 compared to the first control amplifier RV1, where the duty cycle DC2 of the second switch S2 only begins to rise at a lower output voltage Uout than the duty cycle DC1 of the first switch S1. To limit the duty cycle DC1 of the first switch S1, a limiting circuit (not shown in detail) for the first control signal RS1 is preferably provided in order to limit the first control signal RS1 to a maximum upper value and in this way to ensure that the current signal IS is the first Control signal RS1 reached before the end of the period Tt is reached.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Schaltreglers, bei welchem ein Und-Glied AND vorgesehen ist, welches das erste Ansteuersignal AS1 und das zweite Ansteuersignal AS2 verknüpft, wobei ein Ausgangssignal des Und-Glieds AND zur Ansteuerung des zweiten Schalters S2 dient. Durch das Und-Glied AND ist sichergestellt, daß der zweite Schalter S2 nicht vor dem ersten Schalter S1 zu leiten beginnt. Fig. 5 shows a further embodiment of a switching regulator according to the invention, in which an AND gate AND is provided, which links the first control signal AS1 and the second control signal AS2, an output signal of the AND gate AND being used to control the second switch S2. The AND element AND ensures that the second switch S2 does not start to conduct before the first switch S1.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

EK1, EK2 Eingangsklemmen
AN1, AN2 Ansteuerschaltungen
Uin Eingangsspannung
C1 Kondensator
D1 Diode
S1 erster Schalter
Iin Eingangsstrom
IL
EK1, EK2 input terminals
AN1, AN2 control circuits
Uin input voltage
C1 capacitor
D1 diode
S1 first switch
Iin input current
I L

Spulenstrom
L Drossel
D2 Diode
MA2 zweite Messanordnung
IS Stromsignal
S2 zweiter Schalter
D3 Diode
MA1 erste Messanordnung
R1, R2 Widerstände
C2 Kondensator
AK1, AK2 Ausgangsklemmen
Uout Ausgangsspannung
RL
coil current
L throttle
D2 diode
MA2 second measurement arrangement
IS current signal
S2 second switch
D3 diode
MA1 first measuring arrangement
R1, R2 resistors
C2 capacitor
AK1, AK2 output terminals
Uout output voltage
R L

Widerstand
RV1 erster Regelverstärker
RV2 zweiter Regelverstärker
US Spannungssignal
Vref1 erstes Referenzsignal
Vref2 zweites Referenzsignal
C11, C21 Kondensatoren
R11, R21 Widerstände
OV1, OV2 Operationsverstärker
RS1 erstes Regelsignal
RS2 zweites Regelsignal
K1 erster Komparator
K2 zweiter Komparator
RSF1 erstes RS-Flip-Flop
RSF2 zweites RS-Flip-Flop
AS1 erstes Ansteuersignal
AS2 zweites Ansteuersignal
TS Taktsignal
TG Taktgenerator
DC1 Duty-Cycle des ersten Schalters
DC2 Duty-Cycle des zweiten Schalters
Uinmax
resistance
RV1 first control amplifier
RV2 second control amplifier
US voltage signal
Vref1 first reference signal
Vref2 second reference signal
C11, C21 capacitors
R11, R21 resistors
OV1, OV2 operational amplifier
RS1 first control signal
RS2 second control signal
K1 first comparator
K2 second comparator
RSF1 first RS flip-flop
RSF2 second RS flip-flop
AS1 first control signal
AS2 second control signal
TS clock signal
TG clock generator
DC1 duty cycle of the first switch
DC2 duty cycle of the second switch
Uin max

maximale Eingangsspannung
Uinmin
maximum input voltage
Uin min

minimale Eingangsspannung
minimum input voltage

Claims (12)

1. Schaltregler, der folgende Merkmale aufweist:
  • - Eingangsklemmen (EK1, EK2) zum Anlegen einer Eingangsspan­ nung (Uin),
  • - Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zum Bereitstellen einer Aus­ gangsspannung (Uout) für eine Last (RL),
  • - ein induktives Speicherelement (L) und ein dazu in Reihe geschaltetes kapazitives Speicherelement (C),
  • - einen ersten Schalter (S1) zum Anschließen des induktiven Speicherelements an eine der Eingangsklemmen (EK1),
  • - einen zweiten Schalter (S2) zum Kurzschließen des kapaziti­ ven Speicherelements (C).
1. Switching regulator which has the following features:
  • - input terminals (EK1, EK2) for applying an input voltage (Uin),
  • - output terminals (AK1, AK2) for providing an output voltage (Uout) for a load (R L ),
  • an inductive storage element (L) and a capacitive storage element (C) connected in series with it,
  • - a first switch (S1) for connecting the inductive storage element to one of the input terminals (EK1),
  • - A second switch (S2) for short-circuiting the capacitive storage element (C).
2. Schaltregler nach Anspruch 1, der eine erste Ansteuer­ schaltung (AN1) zur Bereitstellung eines ersten Ansteuersig­ nals (AS1) für den ersten Schalter (S1) und eine zweite An­ steuerschaltung (AN2) zur Bereitstellung eines zweiten An­ steuersignals (AS2) für den zweiten Schalter (S2) aufweist.2. Switching regulator according to claim 1, which is a first control circuit (AN1) for providing a first control signal nals (AS1) for the first switch (S1) and a second on control circuit (AN2) for providing a second An Control signal (AS2) for the second switch (S2). 3. Schaltregler nach Anspruch 2, bei dem der ersten und zwei­ ten Ansteuerschaltung (AN1, AN2) ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Ausgangsspannungssignal (US) zugeführt ist.3. Switching regulator according to claim 2, wherein the first and two th control circuit (AN1, AN2) on from the output voltage (Uout) dependent output voltage signal (US) is supplied. 4. Schaltregler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der ersten und zweiten Ansteuerschaltung ein von dem Strom (IL) durch das induktive Speicherelement abhängiges Stromsignal (IS) zugeführt ist.4. The switching regulator of claim 1 or 2, wherein the first and second drive circuit is supplied to a dependent on the current (I L) through the inductive storage element current signal (IS). 5. Schaltregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste und zweite Ansteuerschaltung (AN1, AN2) einen Regelverstärker (RV1, RV2) zum Vergleich des Ausgangsspannungssignals (US) mit einem Referenzsignal (Vref1, Vref2) und zur Bereitstellung eines Regelsignals (RS1, RS2) aufweisen.5. Switching regulator according to one of the preceding claims, in which the first and second drive circuits (AN1, AN2) a control amplifier (RV1, RV2) to compare the  Output voltage signal (US) with a reference signal (Vref1, Vref2) and to provide a control signal (RS1, RS2). 6. Schaltregler nach Anspruch 5, bei dem die Verstärkung des zweiten Regelverstärkers (RV2) kleiner als die Ver­ stärkung des ersten Regelverstärkers (RV1) ist.6. Switching regulator according to claim 5, wherein the gain of the second control amplifier (RV2) smaller than the Ver strengthening of the first control amplifier (RV1). 7. Schaltregler nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das zweite Referenzsignal (Vref2) kleiner als das erste Re­ ferenzsignal (Vref1) ist.7. Switching regulator according to claim 5 or 6, in which the second reference signal (Vref2) smaller than the first Re reference signal (Vref1). 8. Schaltregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die erste und zweite Ansteuerschaltung (AN1, AN2) einen Komparator (K1, K2) zum Vergleich des Regel­ signals (RS1, RS2) mit einem von dem Stromsignal (IS) abhängigen Signal aufweisen.8. Switching regulator according to one of the preceding claims, in which the first and second drive circuits (AN1, AN2) a comparator (K1, K2) for comparing the rule signals (RS1, RS2) with one of the current signal (IS) dependent signal. 9. Schaltregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste und zweite Ansteuerschaltung (AN1, AN2) ein Flip-Flop aufweisen, welches abhängig von einem Taktsignal (TS) gesetzt und abhängig von einem Kompara­ torausgangssignal (KS1, KS2) zurückgesetzt wird.9. Switching regulator according to one of the preceding claims, in which the first and second drive circuits (AN1, AN2) have a flip-flop, which is dependent on one Clock signal (TS) set and dependent on a Kompara gate output signal (KS1, KS2) is reset. 10. Schaltregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste Ansteuersignal (AS1) direkt zur An­ steuerung des ersten Schalters verwendet wird und bei dem das erste und zweite Ansteuersignal einem Und-Glied zugeführt sind, dessen Ausgangssignal zur Ansteuerung des zweiten Schalters (S2) verwendet wird.10. Switching regulator according to one of the preceding claims, in which the first control signal (AS1) directly to the An control of the first switch is used and at which the first and second control signal an AND gate are supplied, the output signal for control of the second switch (S2) is used. 11. Verfahren zur Umwandlung einer Eingangsspannung (Uin) in eine Ausgangsspannung, das folgende Merkmale aufweist:
Bereitstellen eines Schaltreglers mit Eingangsklemmen (EK1, EK2) zum Anlegen der Eingangsspannung (Uin), Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zum Bereitstellen der Ausgangsspannung (U­ out), einem induktiven Speicherelement (L) und einem dazu in Reihe geschalteten kapazitiven Speicherelement (C), einem ersten Schalter (S1) zum Anschließen des induktiven Speicher­ elements an eine der Eingangsklemmen (EK1), und mit einem zweiten Schalter (S2) zum Kurzschließen des kapazitiven Spei­ cherelements (C),
Schließen des ersten und zweiten Schalters nach Maßgabe eines Taktsignals (TS), wobei die Einschaltdauern (Ta1, Ta2) des ersten und zweiten Schalters (S1, S2) von der Eingangsspan­ nung (Uin) abhängig sind.
11. Method for converting an input voltage (Uin) into an output voltage, which has the following features:
Providing a switching regulator with input terminals (EK1, EK2) for applying the input voltage (Uin), output terminals (AK1, AK2) for providing the output voltage (U out), an inductive storage element (L) and a capacitive storage element (C) connected in series. , a first switch (S1) for connecting the inductive storage element to one of the input terminals (EK1), and with a second switch (S2) for short-circuiting the capacitive storage element (C),
Closing the first and second switches in accordance with a clock signal (TS), the switch-on times (Ta1, Ta2) of the first and second switches (S1, S2) being dependent on the input voltage (Uin).
12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der erste und zweite Schalter (S1, S2) gleichzeitig geschlossen werden und bei dem der erste Schalter (S1) länger als der zweite Schalter (S2) geschlossen bleibt.12. The method of claim 9, wherein the first and second Switches (S1, S2) are closed at the same time and at the the first switch (S1) longer than the second switch (S2) remains closed.
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