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Pegelumsetzer mit einem ersten Eingang, der ein erstes Signal erfasst, wobei das erste Signal einen ersten Spannungspegel aufweist, einem Ausgang, der ein zweites Signal erzeugt, wobei das zweite Signal einen zweiten Spannungspegel aufweist, wobei der zweite Spannungspegel größer als der erste Spannungspegel ist und einem Differenzverstärker, der eine Differenzspannung erfasst, wobei der Differenzverstärker mit einer Versorgungsspannung und einer hochseitige Masse verbunden ist, wobei die Versorgungsspannung ein erstes Spannungspotential und die hochseitige Masse ein zweites Spannungspotential aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang mit einer ersten Teilschaltung verbunden ist, wobei die erste Teilschaltung mit einer zweiten Teilschaltung unidirektional verbunden ist, wobei die zweite Teilschaltung mit der Versorgungsspannung und der hochseitigen Masse verbunden ist, wobei die zweite Teilschaltung mindestens zwei Ausgänge aufweist, die die Differenzspannung des Differenzverstärkers erzeugen, wobei über einen Versorgungsspannungseingang und einen hochseitigen Masseeingang eine zusätzliche Spannung einkoppelt und der Differenzverstärker das zweite Signal in Abhängigkeit der Differenzspannung, der Versorgungsspannung, der hochseitigen Masse und der zusätzlichen Spannung erzeugt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler (100), in welchem ein zyklisches Schalten eines Steuerschalters (2) und eines Synchronschalters (3) erfolgen, wobei der Steuerschalter (2) mittels eines ersten Schaltsignals (S1) und der Synchronschalter (3) mittels eines zweiten Schaltsignals (S2) geschaltet werden. Das Verfahren umfasst ein Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes, welcher eine Spannung (VSW) über den Synchronschalter (3) zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt, und ein Anpassen des ersten und/oder zweiten Schaltsignals (S1, S2) für einen folgenden Zyklus basierend auf dem vorgehaltenen Spannungswert.
An integrated synchronous buck converter with a high resolution dead time control for input voltages up to 48V and 10MHz switching frequency is presented. The benefit of an enhanced dead time control at light loads to enable zero voltage switching at both the high-side and low-side switch at low output load is studied. This way, compact multi-MHz DCDC converters can be implemented at high efficiency over a wide load current range. The concept also eliminates body diode forward conduction losses and minimizes reverse recovery losses. A dead time resolution of 125 ps is realized by an 8-bit differential delay chain. A further efficiency enhancement by soft switching at the high-side switch at light load is achieved with a voltage boost of the switching node by dead time control in forced continuous conduction mode. The monolithic converter is implemented in an 180nm high-voltage BiCMOS technology. At V IN = 48V, V OUT = 5V, 50mA load, 10MHz switching frequency and 500 nH output inductance, the efficiency is measured to be increased by 14.4% compared to a conventional predictive dead time control. A peak efficiency of 80.9% is achieved at 12V input.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Bootstrap-Schaltung, die zumindest eine Hauptkapazität aufweist, von der die erste Seite mit einem ersten Zweig der Schaltungsanordnung und die zweite Seite mit einem auf veränderlichem Potential liegenden zweiten Zweig der Schaltungsanordnung verbunden ist. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Bootstrap-Schaltung parallel zur Hauptkapazität wenigstens eine weitere Kapazität aufweist, die über eine zweite Versorgungsspannung auf eine höhere Spannung aufladbar ist als die Hauptkapazität und über wenigstens ein Schaltelement zur Unterstützung der Hauptkapazität zuschaltbar ist. Bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung kann in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Bootstrap-Kapazitäten eine sehr viel kleinere Fläche mit höherem oder gleich bleibenden Spannungseinbruch oder eine nicht so starke Flächenreduzierung mit kleinerem Spannungseinbruch verglichen mit einer herkömmlichen Bootstrap-Schaltung erzielt werden.
Die Erfindung betrifft einen Energieübertrager (100) zur induktiven Energieübertragung von einem primären Schaltkreis (10) des Energieübertragers (100) an eine erste (5) und eine zweite (15) Spannungsdomäne eines sekundären Schaltkreises (20) des Energieübertragers (100) und zur Informationsübertragung vom sekundären Schaltkreis (20) zum primären Schaltkreis (10). Dabei umfasst der Energieübertrager (100): – einen Transformator (30), über den der primäre Schaltkreis (10) und der sekundäre Schaltkreis (20) induktiv miteinander gekoppelt sind und über den sowohl die Energieübertragung als auch die Informationsübertragung erfolgt; und – ein Amplitudenmodulationsmodul (50) zum Modulieren der Strom- und/oder Spannungsamplitude im sekundären Schaltkreis (20) mit Hilfe eines Amplitudenmodulationsschalters (55), wobei der Amplitudenmodulationsschalter (55) zwischen der ersten (5) und zweiten (15) Spannungsdomäne des sekundären Schaltkreises (20) angeordnet ist und ausgelegt ist, durch Öffnen und Schließen des Amplitudenmodulationsschalters (55) die Strom- und/oder Spannungsamplitude im primären Schaltkreis (10) zu ändern, um somit Information vom sekundären Schaltkreis (20) zum primären Schaltkreis (10) zu übertragen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Gate-Treiber zum Schalten eines Leistungsschalters (500) und ein Verfahren zur induktiven Übertragung von Energie und zur kombinierten Informationsübertragung.
A fast transient current-mode buckboost DC-DC converter for portable devices is presented. Running at 1 MHz the converter provides stable 3 V from a 2.7 V to 4.2 V Li-Ion battery. A small voltage under-/overshoot is achieved by fast transient techniques: (1) adaptive pulse skipping (APS) and (2) adaptive compensation capacitance (ACC). The proposed converter was implemented in a 0.25 μm CMOS technology. Load transient simulations confirm the effectiveness of APS and ACC. The improvement in voltage undershoot and response time at light-to-heavy load step (100 mA to 500 mA), are 17 % and 59 %, respectively, in boost mode and 40 % and 49 %, respectively, in buck mode. Similar results are achieved at heavy-to-light load step for overshoot and response time.
A wide-bandwidth galvanically isolated current sensing circuit with an integrated Rogowski coil in 180nm CMOS is presented. Exploiting the high-frequency properties of an optimized on-chip Rogowski coil, currents can be measured up to a bandwidth of 75 MHz. The analog sensor front-end comprises a two-stage integrator, which allows a chopper frequency below signal bandwidth, resulting in 2.2 mVrms output noise. An additional integrated Hall sensor extends the measurement range towards DC.
A device including a first and second monitoring unit, the first monitoring unit detecting a first voltage potential and the second monitoring unit detecting a second voltage potential, the monitoring units comparing the first voltage potential and the second voltage potential to the value of the supply voltage and activate a control unit as a function of the comparisons, the control unit determining a switching point in time of a second power transistor, and an arrangement being present which generates current when the second power transistor is being switched on, the current changing the first voltage potential, and the control unit activates a first power transistor when the first voltage potential has the same value as the supply voltage, so that the first power transistor is de-energized.
A 20 V, 8 MHz resonant DCDC converter with predictive control for 1 ns resolution soft-switching
(2015)
Fast switching power supplies allow to reduce the size and cost of external passive components. However, the capacitive switching losses of the power stage will increase and become the dominant part of the total losses. Therefore, resonant topologies are the known key to reduce the losses of the power stage. A power switch with an additional resonant circuit can be turned on under soft-switching conditions, ideally with zero-voltage-switching (ZVS). As conventional resonant converts are only efficient for a constant load, this paper presents a predictive regulation loop to approach soft-switching conditions under varying load and component tolerances. A sample and hold based detection circuit is utilized to control the turn-on of the power switch by a digital regulation. The proposed design was fabricated in a 180 nm high-voltage BiCMOS technology. The efficiency of the converter was measured to be increased by up to 16 % vs. worst case timing and by 13 % compared to a conventional hard-switching buck converter at 20 V input voltage and at approximately 8 MHz switching frequency.
Die Spannungsversorgung elektronischer Steuergeräte im Automotive-Bereich wird zunehmend durch Schaltregler sichergestellt. Der SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter) besitzt die Eigenschaft, eine Spannung aufwärts wie auch abwärts wandeln zu können und könnte somit klassische Buck- und Boost-Wandler ablösen. Dieser Beitrag untersucht den SEPIC hinsichtlich Eignung für Automotive-Anwendungen. Dazu wurde eine Groß- sowie Kleinsignalanalyse am Wandler durchgeführt, mit geeigneten Simulationsmodellen nachgebildet und Messungen gegenüber gestellt. Der SEPIC zeigt als Hauptvorteile:
1. einen verzugsfreien Übergang zwischen Buck-/Boost Betrieb, 2. geringe Eingangswelligkeit, 3.DC-Kurzschlussfestigkeit. Auch hinsichtlich Wirkungsgrad und EMV-Verhalten stellt der SEPIC eine interessante Alternative dar. Der zwischen Ein- und Ausgang liegende Kondensator wird dauerhaft von einem Strom durchflossen, auf Basis der Effektivströme wird das damit verbundene Ausfallrisiko diskutiert.
In a digitally controlled slope shaping system, reliable detection of both voltage and current slope is required to enable a closed-loop control for various power switches independent of system parameters. In most state-of-the-art works, this is realized by monitoring the absolute voltage and current values. Better accuracy at lower DC power loss is achieved by sensing techniques for a reliable passive detection, which is achieved through avoiding DC paths from the high voltage network into the sensing network. Using a high-speed analog-to-digital converter, the whole waveform of the transient derivative can be stored digitally and prepared for a predictive cycle-by-cycle regulation, without requiring high-precision digital differentiation algorithms. To gain an accurate representation of the voltage and current derivative waveforms, system parasitics are investigated and classified in three sections: (1) component parasitics, which are identified by s-parameter measurements and extraction of equivalent circuit models, (2) PCB design issues related to the sensing circuit, and (3) interconnections between adjacent boards.
The contribution of this paper is an optimized sensing network on the basis of the experimental study supporting fast transition slopes up to 100 V/ns and 1 A/ns and beyond, making the sensing technique attractive for slope shaping of fast switching devices like modern generation IGBTs, CoolMOSTM and SiC mosfets. Measurements of the optimized dv/dt and di/dt setups are demonstrated for a hard switched IGBT power stage.
A concept for a slope shaping gate driver IC is proposed, used to establish control over the slew rates of current and voltage during the turn-on and turn off switching transients.
It combines the high speed and linearity of a fully-integrated closed-loop analog gate driver, which is able to perform real-time regulation, with the advantages of digital control, like flexibility and parameter independency, operating in a predictive cycle-bycycle regulation. In this work, the analog gate drive integrated circuit is partitioned into functional blocks and modeled in the small-signal domain, which also includes the non-linearity of parameters. An analytical stability analysis has been performed in order to ensure full functionality of the system controlling a modern generation IGBT and a superjunction MOSFET. Major parameters of influence, such as gate resistor and summing node capacitance, are investigated to achieve stable control. The large-signal behavior, investigated by simulations of a transistor level design, verifies the correct operation of the circuit. Hence, the gate driver can be designed for robust operation.
The increasing slew rate of modern power switches can increase the efficiency and reduce the size of power electronic applications. This requires a fast and robust signal transmission to the gate driver of the high-side switch. This work proposes a galvanically isolated capacitive signal transmission circuit to increase common mode transient immunity (CMTI). An additional signal path is introduced to significantly improve the transmission robustness for small duty cycles to assure a safe turn-off of the power switch. To limit the input voltage range at the comparator on the secondary side during fast high-side transitions, a clamping structure is implemented. A comparison between a conventional and the proposed signal transmission is performed using transistor level simulations. A propagation delay of about 2 ns over a wide range of voltage transients of up to 300V/ns at input voltages up to 600V is achieved.
Multilevel-cell (MLC) flash is commonly deployed in today’s high density NAND memories, but low latency and high reliability requirements make it barely used in automotive embedded flash applications. This paper presents a time domain voltage sensing scheme that applies a dynamic voltage ramp at the cells’ control gate (CG) in order to achieve fast and reliable sensing suitable for automotive applications.
DC-DC-converters are used in many different applications. Specifying the switching frequency is the most important parameter to calculate component costs and required space. Especially automotive applications of small brushed- or brushless dc-motors and the increasing number of DC-DC-converters have high requirements on the structual space (low box volume). This is of particular importance for automotive converters for the new 48 V board net. Multiplying the frequency by two will reduce the size of the power inductor by half at a given specification for output-voltage ripple. Smaller power inductors result in reduced losses due to smaller series resistance and parasitic capacitance. Furthermore a larger switching frequency decreases the size of the DC link capacitors. The circuit will get more idealized. However, as the switching losses increase with frequency, a DC-DC-converter can only benefit from these advantages if the switching behavior can be improved.
This paper presents an optimization method to increase switching slope and switching frequency of a 3.6 kW 3-phase step-up converter by separating the design and layout process into two parts. The first part is the power stage which carries the load current. It contains the power inductance and the drain-source-channel of the power MOSFETs. The second part is the driver circuit which contains the driver ICs, the gate resistor and the gate input impedance. While the switching slope was measured to be improved by 50 % , the switching time decreased by 20 %. Hence, the switching frequency of the step-up converter could be increased from 100 kHz to 200 kHz without loss increase. By mounting the driver ICs in a piggyback configuration in close proximity to the power stage, the parasitics could be further reduced significantly and 500 kHz switching frequency could be achieved with 97.5 % efficiency.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden und Trennen zweier elektrischer Potentiale (1, 2). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung (100). Dabei umfasst die Vorrichtung (100): – ein erstes Modul, welches einen ersten und einen zweiten Transistor (10a, 10b) umfasst, wobei der erste Transistor (10a) antiseriell zu dem zweiten Transistor (10b) geschaltet ist; und – ein zweites Modul, welches einen dritten und einen vierten Transistor (10c, 10d) umfasst, wobei der dritte Transistor (10c) antiseriell zu dem vierten Transistor (10d) geschaltet ist; wobei das erste Modul und das zweite Modul parallel geschaltet sind.
The maintenance issue of batteries and the limited power level of energy harvesting is addressed by the presented integrated micropower supply. Connected to the 120/230-VRMS mains, it provides a 3.3-V ac output voltage, suitable for applications such as the Internet-of Things and smart homes. The micropower supply consists of a fully integrated ac–dc and dc–dc converter with one external low-voltage surface mount device buffer capacitor, resulting in an extremely compact size. Fabricated in a low-cost 0.35-μm 700-V complimentary metal-oxide-semiconductor technology, it covers a die size of 7.7 mm². The ac–dc converter is a direct coupled, full-wave rectifier with a subsequent series regulator. The dc–dc stage is a fully integrated capacitive 4:1 converter with up to 17-V input and 47.4% peak efficiency. The power supply comprises several high-voltage control circuits including level shifters and various types of charge pumps (CPs). A source supplied CP is utilized that supports a varying switching node potential. The overall losses are discussed and optimized, including flying capacitor bottom-plate losses. The power supply achieves an output power of 3 mW, resulting in a power density of 390 μW/mm². This exceeds prior art by a factor of 11.
The power supply is one of the major challenges for applications like internet of things IoTs and smart home. The maintenance issue of batteries and the limited power level of energy harvesting is addressed by the integrated micro power supply presented in this paper. Connected to the 120/230 Vrms mains, which is one of the most reliable energy sources and anywhere indoor available, it provides a 3.3V DC output voltage. The micro power supply consists of a fully integrated ACDC and DCDC converter with one external low voltage SMD buffer capacitor. The micro power supply is fabricated in a low cost 0.35 μm 700 V CMOS technology and covers a die size of 7.7 mm². The use of only one external low voltage SMD capacitor, results in an extremely compact form factor. The ACDC is a direct coupled, full wave rectifier with a subsequent bipolar shunt regulator, which provides an output voltage around 17 V. The DCDC stage is a fully integrated 4:1 SC DCDC converter with an input voltage as high as 17 V and a peak efficiency of 45 %. The power supply achieves an overall output power of 3 mW, resulting in a power density of 390 μW/mm². This exceeds prior art by a factor of 11.