DE102004036522A1

DE102004036522A1 - Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltwandler zur Verbesserung der Sprungantwort

Info

Publication number: DE102004036522A1
Application number: DE102004036522A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller; Marc Fahlenkamp
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20060031736A1; US7312597B2; TW200614633A; TWI301011B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter (SW) in einem Schaltwandler, der Eingangsklemmen (K1, K2) zum Anlegen einer Eingangsspannung (Vin) und Ausgangsklemmen (K3, K4) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung aufweist. Die Ansteuerschaltung (100) umfasst einen ersten Eingang (K11) zum Zuführen eines von der Ausgangsspannung (Vout) abhängigen Spannungsmesssignals (Vs), eine Fehlersignalerzeugungsschaltung (10), die ein Fehlersignal (S10) durch Vergleich des Spannungsmesssignals (Vs) mit einem Referenzsignal (Vref) erzeugt, eine Filteranordnung (20), der das Fehlersignal (S10) zugeführt ist und die ein erstes Regelsignal (S1) erzeugt, und eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung (30), der das erste Regelsignal (S1) zugeführt ist und die abhängig von dem ersten Regelsignal (S1) ein Ansteuersignal (PWM) für den Schalter (SW) bereitstellt. Die Filteranordnung umfasst ein erstes Filter (21) mit einem integrierenden Verhalten, das ein erstes Filtersignal (S21) abhängig von dem Fehlersignal (S10) erzeugt, ein zweites Filter (22), das ein zweites Filtersignal (S22) aus dem Fehlersignal (S10) nach Maßgabe einer Hysteresekennlinie erzeugt, und eine Verknüpfungsschaltung (23; 24, 25), die das erste Regelsignal (S1) aus dem ersten und zweiten Filtersignal (S21, S22) erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen Schaltwandler gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, insbesondere für einen Schaltwandler mit Leistungsfaktorkorrektur-Funktion (Power Factor Controller, PFC).

Ein Schaltwandler mit einer solchen Ansteuerschaltung ist beispielsweise in der DE 197 25 842 A1 beschreiben. Der in dieser Veröffentlichung beschriebene Schaltwandler ist als Leistungsfaktorkorrekturschaltung (Power Factor Controller, PFC) eingesetzt, dient also dazu, eine Wechselspannung in eine Gleichspannung bei einer zu der Wechselspannung proportionalen Stromaufnahme zu wandeln.

Eine Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter in einer PFC-Schaltung ist beispielsweise der integrierte Baustein des Typs TDA4863 der Infineon Technologies AG, München, der in "Boost Controller TDA 4683, Power Factor Controller IC for High Power and Low THD", Data Sheet, V 1.0, Infineon Technologies AG, May 2003, beschrieben ist. Die Anwendung dieses integrierten Bausteins in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung ist in "TDA – Technical Description AN-PFC-TDA 4863-1", Application Note, V1.2, Infineon Technologies AG, Oct. 2003 beschrieben. Eine weitere Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem in einer PFC-Schaltung eingesetzten Hochsetzsteller ist der integrierte Baustein TDA 16888 der Infineon Technologies AG, München, der in dem Datenblatt TDA 16888, 2000-02-28, Infineon Technologies AG, München, beschrieben ist.

Wegen der geforderten Proportionalität zwischen Eingangsspannung und Eingangsstrom folgt bei Leistungsfaktorkorrekturschaltungen der zeitliche Verlauf der Leistungsaufnahme dem zeitlichen Verlauf des Quadrates der Eingangsspannung. Bei einer sinusförmigen Eingangsspannung ist der zeitliche Verlauf der Leistungsaufnahme sinusquadratförmig. Dieser sinusquadratförmigen Leistungsaufnahme am Eingang der PFC-Schaltung steht bei Vorhandensein einer konstanten Last eine konstante Leistungsabnahme am Ausgang des Schaltwandlers gegenüber. Ein am Ausgang der PFC-Schaltung vorhandener Kondensator dient hierbei als Zwischenspeicher, der die Differenz zwischen der zeitlich veränderlichen Leistungsaufnahme am Eingang und der konstanten Leistungsabnahme am Ausgang ausgleicht und der dafür sorgt, dass die Welligkeit der Leistungsaufnahme nur abgeschwächt zu einer Welligkeit der Ausgangsspannung führt. Dieser Kondensator ist ein signifikanter Kostenfaktor und soll deshalb so klein wie möglich bemessen werden, was allerdings zu einer erhöhten Welligkeit der Ausgangsspannung führt.

Die von dem Schaltwandler erzeugte Gleichspannung soll unabhängig von der durch die Gleichspannung versorgten Last einen vorgegebenen Sollwert annehmen. Eine Abweichung der Ausgangsspannung von dem Sollwert tritt dann ein, wenn die im Mittel übertragene Leistung von der durch die Last abgenommenen Leistung abweicht. Um die mittlere Leistungsaufnahme stets an die abgenommene Leistung anpassen zu können, weisen Schaltwandler in hinlänglich bekannter Weise einen Spannungsregelkreis bzw. Leistungsregelkreis mit einer Rückkopplungsschleife auf, über welche Informationen über den Momentanwert der Ausgangsspannung an die Ansteuerschaltung zurückgekoppelt werden, um bei Laständerungen und einer damit verbundenen Änderung der Ausgangsspannung die Ansteuerung des die Leistungsaufnahme regelnden Schalters geeignet anpassen zu können. In dieser Rückkopplungsschleife wird ein Fehlersignal erzeugt, das ein Maß für die Abweichung zwischen dem Momentanwert der Ausgangsspannung und dem Sollwert darstellt.

Grundsätzlich gilt die Forderung bei PFC-Schaltungen, dass die Ausgangsspannung bzw. die Leistungsaufnahme bei Änderun gen der an den Ausgang angeschlossenen Last möglichst schnell nachgeregelt werden soll, wobei die aus den oben erläuterten Gründen vorhandene Welligkeit der Ausgangsspannung die Regelung jedoch nicht negativ beeinflussen soll.

Um einen Einfluss der Welligkeit der Ausgangsspannung auf das Regelverhalten zu verhindern, ist in der Rückkopplungsschleife üblicherweise ein Regelverstärker mit integrierendem Verhalten vorhanden. Dieser Verstärker stellt ein Regelsignal zur Verfügung, in dem das Fehlersignal aufintegriert ist, so dass periodische wiederkehrende Schwankungen des Fehlersignals einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Wert des Regelsignals besitzen. Aufgrund der Integration des Fehlersignals reagiert ein solches System allerdings langsam auf Lastsprünge, d.h. auf abrupte Änderungen der an den Ausgang angeschlossenen Last. Ein sprunghaftes Absinken der Ausgangsspannung bei Erhöhung der Leistungsabnahme durch die Last ist bezüglich der Gefahr von Beschädigungen des Schaltwandlers dabei als unkritischer anzusehen, als ein sprunghaftes Ansteigen der Spannung bei Verringerung der Leistungsabnahme durch die Last, einem sogenannten Lastabwurf.

Um eine Zerstörung der PFC-Schaltung bei einem Lastabwurf zu vermeiden, sind Ansteuerschaltungen für Schalter in PFC-Schaltungen bekannt, die die PFC-Schaltung bei Detektion einer Überspannung abschalten. So ist in dem oben erläuterten Ansteuerbaustein TDA16888 eine Funktion realisiert, die die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers linear zurückregelt, wenn die am Ausgang anliegende Spannung um 10% oberhalb des Sollwertes liegt. Liegt die am Ausgang anliegende Spannung um 20% oberhalb des Sollwertes, so wird der Schaltwandler sofort abgeschaltet und erst dann wieder eingeschaltet, wenn die Ausgangspannung soweit abgesunken ist, dass sie nur noch 10% oberhalb des Sollwertes liegt.

In der DE 44 22 066 C1 ist eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Ausgangsspannung eines getakteten Spannungsreg lers beschrieben, bei der eine Erhöhung der Stromaufnahme des integrierenden Regelverstärkers als Indiz für einen auftretenden Laststrom ausgewertet wird, um den Schaltregler bei Detektion eines solchen Lastsprunges verzögerungsfrei linear abzuregeln.

Aus der US 5,581,450 und US 5,619,405 sind jeweils Schaltwandler bekannt, bei denen die Verstärkung eines Regelverstärkers, der ein von der Ausgangsspannung anhängiges Regelsignal bereitstellt, abhängig davon, wie stark die Ausgangsspannung des Schaltwandler von einem Sollwert abweicht, einen ersten oder einen zweiten Verstärkungswert annimmt, um dadurch rasch auf Lastsprünge reagieren zu können.

In der US 5,502,370 und US 5,565,761 sind jeweils Schaltwandler beschrieben, bei denen die Verstärkung eines in der Spannungs-Rückkopplungsschleife vorhandenen OTA (Operational Transconductance Amplifier) eine von einem Ausgangsstrom des Schaltwandlers abhängige Verstärkung besitzt.

Weiterhin ist es aus der US 6,140,777 grundsätzlich bekannt, die Spannungsregelschleife eines Schaltwandlers digital mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors (DSP) oder eines Mikrocontrollers zu realisieren.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter in einem Schaltwandler, insbesondere in einem eine Leistungsfaktorkorrektur-Funktion besitzenden Schaltwandler zur Verfügung zu stellen, die ein verbessertes Reaktionsverhalten des Schaltwandlers auf Lastsprünge am Ausgang des Schaltwandlers bewirkt.

Dieses Ziel wird durch eine Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter in einem Schaltwandler, der Eingangsklemmen zum Anlegen einer Ausgangsspannung und Ausgangsklemmen zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung aufweist, umfasst:

– einen ersten Eingang zum Zuführen eines von der Ausgangsspannung abhängigen Spannungsmesssignals,
– eine Fehlersignalerzeugungsschaltung, die ein Fehlersignal durch Vergleich des Spannungsmesssignals mit einem Referenzsignal erzeugt,
– eine Filteranordnung, der das Fehlersignal zugeführt ist und die ein erstes Regelsignal erzeugt,
– eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung, der das erste Regelsignal zugeführt ist und die abhängig von dem ersten Regelsignal ein Ansteuersignal für den Schalter bereitstellt.

Erfindungsgemäß umfasst die Filteranordnung bei dieser Ansteuerschaltung folgende Merkmale:

– ein erstes Filter mit einem integrierenden Verhalten, das ein erstes Filtersignal abhängig von dem Fehlersignal erzeugt,
– ein zweites Filter, das ein zweites Filtersignal aus dem Fehlersignal nach Maßgabe einer Hysteresekennlinie erzeugt,
– eine Verknüpfungsschaltung, die das erste Regelsignal aus dem ersten und zweiten Filtersignal erzeugt.

Durch das zweite Filter wird dem ersten Filtersignal des integrierenden Filters ein Signalanteil hinzugefügt, um das Reaktionsverhalten des Schaltwandlers auf Lastsprünge zu verbessern. Die Verknüpfung des ersten Filtersignals und des zweiten Filtersignals erfolgt dabei entweder additiv oder multiplikativ, wobei im ersten Fall in der Rückkopplungsschleife vorzugsweise ein drittes Filter vorhanden ist, das der Verknüpfungsschaltung nachgeschaltet ist und das ein exponentielles Übertragungsverhalten besitzt.

Das zweite Filtersignal wird dabei vorzugsweise wenigstens annähernd verzögerungsfrei zur Verfügung gestellt, worunter im Folgenden zu verstehen ist, dass sich Änderungen des Fehlersignals mit einer Verzögerungszeit von maximal 0,5 ms auf das zweite Filtersignal auswirken.

Die Erzeugung des zweiten Filtersignals durch das zweite Filter erfolgt vorzugsweise derart, dass das zweite Filtersignal erst dann einen Einfluss auf das erste Regelsignal hat, wenn der Betrag des Fehlersignals eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Der Wert dieser Schwelle kann für positive und negative Vorzeichen des Fehlersignals unterschiedlich gewählt werden. Nimmt das zweite Filtersignal beim Übersteigen dieser Schwelle einen von einem Ruhewert abweichenden Pegel an, so verbleibt das Ausgangssignal des zweiten Filters auch dann auf diesem einmal erreichten Pegel, wenn der Betrag des Fehlersignals nachfolgend wieder kleiner wird. Eine Verringerung des zweiten Filtersignals ausgehend von diesem erreichten Pegel erfolgt erst dann, wenn das Fehlersignal betragsmäßig unter eine vorgegebene zweite Schwelle absinkt, die von dem erreichten Pegel abhängig sein kann.

Der Ruhewert des zweiten Filtersignals beträgt Null bei einer Ausführungsform, bei der das erste und zweite Filtersignal additiv verknüpft werden, und beträgt Eins bei einer Ausführungsform, bei der das erste und zweite Filtersignal multiplikativ miteinander verknüpft werden.

Bei einer ersten Ausführungsform der Ansteuerschaltung ist vorgesehen, dem ersten Filter und dem zweiten Filter das Fehlersignal unmittelbar zuzuführen.

Eine weitere Verbesserung des Reaktionsverhaltens auf Lastsprünge am Ausgang wird bei einer zweiten Ausführungsform erreicht, bei der dem zweiten Filter das Fehlersignal unmittelbar zugeführt ist, und bei dem dem ersten Filter ein Signal zugeführt ist, das als einen ersten Signalanteil das Fehlersignal und als einen zweiten Signalanteil das gewichtete Ausgangssignal des zweiten Filters enthält.

Zur Erzeugung des Ansteuersignals für den die Leistungsaufnahme regelnden Schalter sind der Ansteuersignalerzeugungsschaltung neben dem von der Ausgangsspannung abhängigen ersten Regelsignal bei einem Schaltwandler mit Leistungsfaktorkorrektur-Funktion vorzugsweise ein von einem Eingangsstrom des Schaltwandlers abhängiges zweites Regelsignal und ein von einer Eingangsspannung des Schaltwandlers abhängiges drittes Regelsignal zugeführt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen als Hochsetzsteller ausgebildeten Schaltwandler mit einer Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt einen Schaltwandler mit einer Ansteuerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 veranschaulicht ein hysteresebehaftetes Übertragungsverhalten eines in einer Rückkopplungsschleife der Ansteuerschaltung vorhandenen Filters für Fehlersignalwerte größer Null.
4 veranschaulicht ein hysteresebehaftetes Übertragungsverhalten eines in einer Rückkopplungsschleife der Ansteuerschaltung vorhandenen Filters für Fehlersignalwerte größer und kleiner Null.
5 veranschaulicht beispielhaft den zeitlichen Verlauf eines von der Ausgangsspannung abhängigen Fehlersignals sowie eines daraus resultierenden zweiten Filtersignals abhängig von einer Übertragungskennlinie gemäß 4.
6 veranschaulicht einen Algorithmus zur Erzeugung eines zweiten Filtersignalwertes aus einem Fehlersignalwert.
7 zeigt einen Schaltwandler mit einer Ansteuerschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 veranschaulicht beispielhaft anhand des zeitlichen Verlaufs des Fehlersignals die Reaktion eines Schaltwandlers gemäß 7 auf einen Lastsprung.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben gleiche Bezugszeichen gleiche Schaltungskomponenten und Signale mit gleicher Bedeutung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung 100 für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter SW in einem Schaltwandler. Zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Ansteuerschaltung 100 sind die wesentlichen Schaltungskomponenten des Schaltwandlers in 1 ebenfalls dargestellt, die nachfolgend kurz erläutert werden.
Der dargestellte Schaltwandler ist als Hochsetzsteller mit Leistungsfaktorkorrektur-Funktion ausgebildet und umfasst Eingangsklemmen K1, K2 zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin, die in dem Beispiel durch einen Brückengleichrichter GL aus einer Wechselspannung, beispielsweise einer Netz- Wechselspannung Vn erzeugt wird. Bei einer sinusförmigen Netzspannung Vn besitzt die Eingangsspannung Vin einen sinusbetragförmigen zeitlichen Verlauf. Der Hochsetzsteller weist ein induktives Speicherelement L, beispielsweise eine Speicherdrossel, und einen Schalter SW auf, wobei das induktive Speicherelement L und der Schalter SW so verschaltet sind, dass bei geschlossenem Schalter SW das induktive Speicherelement L parallel zu den Eingangsklemmen K1, K2 liegt. Parallel zu dem Schalter SW ist eine Reihenschaltung mit einem Gleichrichterelement D, beispielsweise einer Diode, und einem kapazitiven Speicherelement C, beispielsweise einem Kondensator, geschaltet. Das induktive Speicherelement L nimmt bei dieser Schaltungsanordnung bei geschlossenem Schalter SW Energie über die Eingangsklemmen K1, K2 auf und gibt bei geöffnetem Schalter SW einen Teil dieser Energie über die Diode D an den Ausgangskondensator C bzw. an eine an die Ausgangklemmen K3, K4 anschließbare Last Z (gestrichelt dargestellt) ab. Eine Ausgangsspannung Vout ist über dem Ausgangskondensator C bzw. zwischen den Ausgangsklemmen K3, K4 abgreifbar.
Die Ansteuerschaltung 100 umfasst zur Ansteuerung des Schalters SW eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30, die ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal PWM für den Schalter SW abhängig von einem ersten Regelsignal S1 erzeugt. Dieses erste Regelsignal S1 steht am Ausgang einer Rückkopplungsschleife zur Verfügung und ist abhängig von der Ausgangsspannung Vout des Schaltwandlers.
Für den dargestellten Hochsetzsteller gilt, dass die Leistungsaufnahme um so größer ist, je länger der Schalter SW pro Ansteuerperiodendauer eingeschaltet ist. Die Erzeugung des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals PWM durch die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 erfolgt derart, dass die Impulsbreite des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals PWM zunimmt, um die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers zu erhöhen, wenn das erste Regelsignal S1 auf eine im Vergleich zu einem Sollwert zu kleine Ausgangsspannung Vout hinweist, und dass die Impulsbreite des Ansteuersignals PWM abnimmt, um die mittlere Leistungsaufnahme zu verringern, wenn das erste Regelsignal S1 auf eine im Vergleich zu dem Sollwert zu hohe Ausgangsspannung Vout hinweist. Darüber hinaus erfolgt die Ansteuerung derart, dass ein Mittelwert des Eingangsstromes Iin des Schaltwandlers proportional ist zu der Eingangsspannung Vin.
Ansteuersignalerzeugungsschaltungen 30, die eine solche Funktionalität erfüllen, sind hinlänglich bekannt, so dass auf eine detaillierte Darstellung des Aufbaus hier verzichtet werden kann. Bei Ansteuersignalerzeugungsschaltungen 30 in PFC-Schaltungen wird neben dem von der Ausgangsspannung Vout abhängigen ersten Regelsignal S1 auch der Momentanwert des Eingangsstromes Iin und der Momentanwert der Eingangsspannung Vin berücksichtigt, um durch geeignete Ansteuerung des Schalters SW einen zur Eingangsspannung Vin proportionalen mittleren Eingangsstrom Iin zu erhalten. Die Information über den Momentanwert des Eingangsstromes Iin ist der Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 in dem Ausführungsbeispiel in Form eines von einer Strommessanordnung MI erzeugten zweiten Regelsignals S2 zugeführt, und die Information über den Momentanwert der Eingangsspannung Vin ist der Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 über einen Ohmschen Widerstand R3 in Form eines dritten Regelsignals S3 zugeführt.
Eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung, die aus einem von einer Ausgangsspannung abhängigen ersten Regelsignal, einem von dem Eingangsstrom abhängigen Signal und einem von der Eingangspannung abhängigen dritten Signal ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung erzeugt, ist beispielsweise in dem Datenblatt des eingangs erläuterten Bausteins TDA16888 beschrieben. Auch in der eingangs erläuterten US 5,619,405 oder der DE 197 25 842 A1 sind solche Ansteuersignalerzeugungsschaltungen beschrieben, die aus einem von der Ausgangsspannung abhängigen Regelsignal, einem von der Eingangsspannung abhängigen Signal sowie einem von dem Eingangsstrom abhängigen Signal ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal für einen Schalter in einem Hochsetzsteller erzeugt. Ein- oder Ausschaltzeitpunkte des Schalters werden bei diesen Ansteuerschaltungen durch einen internen Taktsignalgenerator vorgegeben, während die Einschaltdauern abhängig sind vom Vergleich eines Rampensignals mit einem aus dem Eingangsspannungssignal und dem ersten Regelsignal durch Multiplikation gebildeten Schwellensignal.
Ein- oder Ausschaltzeitpunkte des Schalters können in nicht näher dargestellter Weise auch aus dem Magnetisierungszustand der Speicherdrossel L abgeleitet werden, was beispielsweise in der US 6,140,777 beschrieben ist.
Darüber hinaus sei angemerkt, dass die Information über den Momentanwert der Eingangsspannung nicht notwendigerweise durch Messung der Eingangsspannung ermittelt werden muss, sondern auch auf andere Weise, beispielsweise aus dem nach Schließen des Schalters SW rampenförmigen Verlauf des Eingangsstromes ermittelt werden kann. Auch die Erfassung des Eingangsstromes Iin ist abhängig von der konkreten Ausgestaltung der Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 nicht notwendigerweise erforderlich.
Gemeinsam ist allen unterschiedlichen Ausgestaltungen der Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 jedoch, dass sie zur Erzeugung des pulsweitenmoduliertes Ansteuersignals PWM für eine Regelung der Leistungsaufnahme ein von der Ausgangsspannung abhängiges erstes Regelsignal S1 benötigt.
Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 100 wird dieses von der Ausgangsspannung abhängige Regelsignal S1 durch eine Filteranordnung 20 aus einem Fehlersignal S10 erzeugt, die ein erstes Filter 21 und ein zweites Filter 22 umfasst, deren Filterausgangssignale S21, S22 durch eine Verknüpfungsschaltung 23 zu dem ersten Regelsignal S1 verknüpft werden.
Das Fehlersignal S10 wird in dem Ausführungsbeispiel durch eine Fehlersignalerzeugungsschaltung 10 bereitgestellt. Diese Fehlersignalerzeugungsschaltung 10 weist einen Differenzverstärker 11 auf, dessen einem Eingang ein zu der Ausgangsspannung Vout proportionales Spannungsmesssignal Vs zugeführt ist und dessen anderem Eingang eine von einer Referenzspannungsquelle 12 erzeugte Referenzspannung Vref zugeführt ist. Das Spannungsmesssignal Vs steht an einem Mittenabgriff eines zwischen die Ausgangsklemmen K3, K4 geschalteten Spannungsteilers R1, R2 zur Verfügung. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, dass das Fehlersignal S10 und damit das erste Regelsignal S1 bei einer den Sollwert übersteigenden Ausgangsspannung ansteigt, um über die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 die Leistungsaufnahme zurückzuregeln, und bei einer unter den Sollwert absinkenden Ausgangsspannung abnimmt, um über die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 30 die Leistungsaufnahme hochzuregeln.
Selbstverständlich kann die Ansteuersignalerzeugungsschaltung auch so ausgebildet sein, dass sie bei einem kleiner werdenden Regelsignal S1 die Leistungsaufnahme zurückregelt. In diesem Fall sind für die Erzeugung des ersten Regelsignals die Eingänge des Differenzverstärkers 11 zu vertauschen, d.h. dem Plus-Eingang ist das Referenzsignal Vref und dem Minus-Eingang ist das Messsignal Vs zuzuführen. Außerdem sind in diesem Fall die noch erläuterten Kennlinien in den 3 und 4 jeweils um 180° zu drehen.
Das erste Filter 21 besitzt ein integrierendes Verhalten, so dass ein am Ausgang dieses Filters 21 anliegendes erstes Filtersignal S21 abhängig ist von einem über eine vorgegebene Zeitdauer gebildeten Integral des Fehlersignals S10. Vorzugsweise ist das erste Filter 21 so ausgebildet, dass das erste Filtersignal S21 neben diesem integrativen Signalanteil auch einen zu dem Fehlersignal S10 proportionalen Signalanteil aufweist.
Das zweite Filter 22 erzeugt ein zweites Filtersignal S22 aus dem Fehlersignal S10 unter Berücksichtigung einer Hysteresekennlinie, die nachfolgend noch anhand der 3 und 4 beispielhaft beispielhaft erläutert werden wird. Die Filterausgangssignale S21, S22 sind einer Verknüpfungseinheit 23 zugeführt, die in dem Beispiel gemäß 1 als Multiplizierer 23 ausgebildet ist, und die das erste Filtersignal S21 mit dem zweiten Filtersignal S22 multipliziert, um das erste Regelsignal S1 zu erzeugen. Das Fehlersignal S10 ist dem ersten Filter 21 und dem zweiten Filter 22 zur Erzeugung der Filtersignale S21, S22 in dem Ausführungsbeispiel unmittelbar zugeführt.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 100, bei der in der Rückkopplungsschleife ein drittes Filter 25 vorhanden ist, das ein exponentielles Übertragungsverhalten besitzt. Die Verwendung eines solchen Filters mit exponentiellem Übertragungsverhalten in der Rückkopplungsschleife des Spannungsregelkreises ist grundsätzlich bereits in der eingangs erläuterten DE 197 25 842 A1 beschrieben, so dass auf weitere Ausführungen bezüglich der Vorteile eines solchen Filter verzichtet werden kann. Zur Verknüpfung des ersten und zweiten Filtersignals S21, S22 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein addierendes Verknüpfungsglied 24 vorhanden, welches die ersten und zweiten Filtersignale S21, S22 addiert und welches dem dritten Filter 25, an dessen Ausgang das erste Regelsignal S1 zur Verfügung steht, ein Additionssignal S24 zuführt.
Das zweite Filter 22, welches das zweite Filtersignal S22 aus dem Fehlersignal S10 erzeugt unterscheidet sich in seiner Funktion für die Ausführungsbeispiele gemäß der 1 und 2 grundsätzlich nicht. Allerdings muss sich der Ruhewert des zweiten Filters in 1 von dem Ruhewert des zweiten Filters in 2 unterscheiden. Mit Ruhewert sind nachfolgend die Filtersignalwerte des zweiten Filters 22 bezeichnet, bei denen das zweite Filter 22 keinen Einfluss auf das erste Re gelsignal S1 hat. Dieser Ruhewert beträgt Eins für das Ausführungsbeispiel in 1, bei dem das erste Filtersignal S21 mit dem zweiten Filtersignal S22 multipliziert wird. Für das Ausführungsbeispiel in 2, bei dem die Filtersignalwerte S21, S22 vor der Zuführung zu dem exponentiellen Filter 25 miteinander addiert werden, beträgt der Ruhewert des zweiten Filters 22 Null.
Die Funktionsweise des zweiten Filters 22 wird besser verständlich anhand der in 3 dargestellten Übertragungskennlinie des zweiten Filters 22, in der der zweite Filtersignalwert S22 abhängig von dem Fehlersignal S10 für positive Werte des Fehlersignals S10 aufgetragen ist. Eine Beeinflussung des ersten Regelsignals S1 durch das zusätzlich zu dem ersten Filter 21 vorhandene zweite Filter 22 ist besonders für positive Fehlersignalwerte S10 wünschenswert, da positive Fehlersignalwerte auf eine im Vergleich zum Sollwert zu große Ausgangsspannung Vout und damit auf eine zu hohe Leistungsaufnahme des Schaltwandlers hinweisen, die möglichst rasch zurückgeregelt werden soll, um die Gefahr einer Zerstörung des Schaltwandlers zu vermeiden.
Bezugnehmend auf 3 nimmt das zweite Filtersignal S22 zu Beginn der Regelung einen Ruhewert S22₀ an, wobei für das erste Filter 22 gemäß 1 S22₀=1 und für das zweite Filter 22 in 2 S22₀=0 gilt. Das zweite Filtersignal S22, das ein Korrektursignal für das erste Filtersignal S21 darstellt, ist über eine Hysteresekennlinie von dem Fehlersignal S10 abhängig. Eine Abweichung dieses zweiten Filtersignals S22 von dem Ruhewert S22₀ erfolgt erst dann, wenn das Fehlersignal S10 einen positiven Schwellenwert A1 übersteigt, eine Rückkehr des zweiten Filtersignals S22, in Richtung des Ruhwertes S22₀ erfolgt nach Durchlaufen der Hysterese.
Für den ansteigenden, die Hysteresekurve für große Fehlersignalwerte begrenzenden Ast der Kurve gilt: S22 = N1·(S10-A1) (1).
Für den abfallenden, die Hysteresekurve für kleine Fehlersignalwerte begrenzenden Ast der Hysteresekurve gilt: S22 = M1·S10 (2).
Ein Absinken des zweiten Filtersignals S22 ausgehend von einem solchen vom Ruhewert S22₀ abweichenden Wert erfolgt auf der dargestellten Hysteresekurve erst dann, wenn das Fehlersignal S10 um mehr als einen Differenzwert unter einen einmal erreichten Wert größer als der Schwellenwert absinkt, wobei diese Differenz nachfolgend als Hysterese bezeichnet wird. Dies wird nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert:
Es sei angenommen, dass das Fehlersignal S10 ausgehend vom Wert Null im Verlauf des Regelverfahrens auf einen Wert S10_1 > A1 ansteigt, woraus ein erster Korrektursignalwert S22_1 resultiert, für den gilt: S22_1 = N1·(S10_1 – A1) (3).
Sinkt das Fehlersignal S10 im weiteren Verlauf unter diesen einmal erreichten maximalen Fehlersignalwert S10_1, so verbleibt das zweite Filtersignal S22 auf diesem einmal ereichten Pegel S22_1, bis das Fehlersignal S10 auf einen Fehlersignalwert S10_2 abgesunken ist, der auf dem fallenden Ast der Hysteresekurve liegt und für den gilt: S10_2 = S22_1/M1 = N1·(S10_1 – A1)/M1 (4)
Erst bei Erreichen dieses Schwellenwertes folgt das zweite Filtersignal S22 bei weiter absinkendem Fehlersignalwert S10 dem durch (2) gegebenen fallenden Ast der Hysteresekurve. Die Differenz 10_1 – S10_2 entspricht in dem Beispiel der Hysterese, die von dem erreichten Pegel S22_1 abhängig ist.
Erreicht das zunächst abnehmende Fehlersignal S10 auf dem einen momentanen Minimalwert, beispielsweise den Wert S10_3, so erreicht das Korrektursignal S22 auf dem fallenden Ast einen Wert S22_3, für den gilt: S22_3 = M1·S10_3 (5).
Steigt das Fehlersignal S10 ausgehend von dem momentanen Minimalwert S10_3 im weiteren Verlauf wieder an, so verbleibt das zweite Filtersignal S22 bei ansteigendem Fehlersignal S10 solange auf diesem zunächst minimalen erreichten Filtersignalwert S22_3, bis das ansteigende Fehlersignal S10 einen von diesem minimalen Pegel S22_3 anhängigen Wert S10_4 übersteigt, für den gilt: S10_4 = S22_3/N1 + A1 = M1·S10_3/N1 + A1 (6).
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen der steigende Ast und der fallende Ast der Hysteresekennlinie linear. Eine solche Kennlinie eignet sich insbesondere für den in 2 dargestellten Fall, bei dem das erste Filtersignal S21, und das zweite Filtersignal S22 miteinander addiert und dem exponentiellem Filter 25 zugeführt werden. Selbstverständlich sind auch nicht lineare Verläufe des Filtersignals S22 bei ansteigendem bzw. absinkenden Fehlersignal S10 anwendbar. Die Kurven für den ansteigenden Verlauf und den absinkenden Verlauf können so gewählt werden, dass die Hysterese jeweils gleich groß ist. Dies kann für das Ausführungsbeispiel in 3 dadurch erreicht werden, dass die Steigungen N1 und M1 der ansteigenden und der abfallenden Kurve jeweils gleich groß gewählt werden. Mit Hysterese ist dabei der Wert bezeichnet, um den das Fehlersignal S10 ausgehend von einem einmal erreichten Maximalwert absinken muss, bis eine Reduzierung des zweiten Filtersignals S22 erfolgt bzw. um den das Fehlersignal S10 ausgehend von einem einmal erreichten minimalen Wert ansteigen muss, bis wieder eine Erhöhung des zweiten Filtersignals S22 erfolgt.
4 veranschaulicht eine hysteresebehaftete Übertragungskennlinie des zweiten Filters 22, welches neben positiven Fehlersignalen auch negative Fehlersignale S10 berücksichtigt. Das Übertragungsverhalten dieses Filters ist für positive Fehlersignalwerte und negative Fehlersignalwerte in dem Beispiel unsymmetrisch. So steigt das zweite Filtersignal S22, das ein Korrektursignal für das erste Filtersignal S21 bildet, bei positiven Fehlersignalwerten S10 bereits dann auf Werte abweichend von dem Ruhewert S22₀ an, wenn das Fehlersignal S10 einen ersten Schwellenwert A1 übersteigt, der dem Betrag nach kleiner ist als der Betrag eines zweiten Schwellenwertes A2, ab dem das Korrektursignal S22 bei negativen Fehlersignalwerten S10 einen von dem Ruhewert abweichenden Signalwert annimmt. Der Anstieg des Korrektursignals S22 für positive Fehlersignalwerte S10 erfolgt darüber hinaus steiler als der Anstieg des Korrektursignals S22 für negative Fehlersignalwerte. Hierdurch ist berücksichtigt, dass positive Fehlersignalwerte S10 auf eine im Vergleich zum Sollwert zu große Ausgangspannung hinweisen, worauf rasch reagiert werden muss, um einen weiteren Anstieg der Ausgangsspannung zu begrenzen. Das Korrektursignal S22 steigt daher für Fehlersignalwerte S10 oberhalb des ersten Schwellenwertes A1 steil an. Negative Fehlersignalwerte S10 deuten auf eine im Vergleich zum Sollwert zu kleine Ausgangsspannung Vout und damit auf eine zu große Last hin. Das System ist in diesem Betriebszustand besonders schwingungsanfällig, so dass in diesem Zustand eine vorsichtige Regelung erforderlich ist, was dadurch berücksichtigt ist, dass das Korrektursignal S22 für Fehlersignalwerte kleiner als dem zweiten Schwellenwert A2 nur langsam ansteigt und bei wieder größer werdendem Fehlersignal nur langsam wieder zurückgeregelt wird. Die Kurven für positive und negative Signalwerte sind so gewählt, dass für einen Fehlersignalwert S10 gleich Null das Korrektursignal S22 jeweils seinen Ruhewert S22₀ annimmt.
Die Übertragungskennlinie des zweiten Filters ist in dem Beispiel so gewählt, dass für positive Fehlersignalwerte ein positives Korrektursignal und für negative Fehlersignalwerte ein negatives Korrektursignal erzeugt wird, der Ruhewert S22 beträgt somit Null. Die Kennlinie besitzt in dem Beispiel eine Hysteresekurve für positive Fehlersignalwerte S10. Für den steigenden Ast dieser Kurve gilt: S22 = N1·(S10-A1) (7a)und für den fallenden Ast gilt: S22 = M1·S10 (7b).
Die Kennlinie besitzt außerdem eine Hysteresekurve für negative Fehlersignalwerte S10. Für den fallenden Ast dieser Kurve gilt: S22 = N2·(S10-A2) (8a)und für den steigenden Ast gilt: S22 = M2·S10 (8b).
Hierbei gilt vorzugsweise N1 > N2 und M1 > M2.
Die Steigung N1 für positive Fehlersignalwerte kann gegen unendlich gehen, wodurch dann, wenn das Fehlersignal S10 den Grenzwert übersteigt, die Leistungsaufnahme sofort auf sehr kleine Werte zurückgeregelt würde.
Die Hysterese für positive Fehlersignalwerte ist vorzugsweise größer als die für negative Fehlersignalwerte.
Außerdem können die steigenden und fallenden Äste der Hysteresekurven auch nicht linear verlaufen. So besteht die Mög lichkeit, die Steigung dieser Kurven abhängig von der Abweichung des Fehlersignals S10 zu dem jeweiligen Grenzwert, also abhängig von dem Betrag von S10-A1 oder S10-A2 zu wählen.
5 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf des Fehlersignals S10 sowie einen aus diesem zeitlichen Verlauf resultierenden zeitlichen Verlauf des Korrektursignals S22 unter Berücksichtigung der Hysteresekurve gemäß 4. Das Fehlersignal S10 besitzt grundsätzlich eine Welligkeit, die aus einer bei PFC-Schaltungen vorhandenen Welligkeit der Ausgangsspannung Vout resultiert. Diese Welligkeit der Ausgangsspannung Vout ergibt sich bezugnehmend auf die eingangs gemachten Erläuterungen daraus, dass die Leistungsaufnahme der PSC-Schaltung dem Quadrat der Eingangsspannung folgt, während die Leistungsabnahme einer an den Ausgang angeschlossenen Last Z bei konstanter Last ebenfalls konstant ist.
In eingeschwungenem Zustand schwingt die Ausgangsspannung Vout um den vorgegebenen Sollwert, bzw. das Fehlersignal S10 schwingt periodisch um den Wert Null. Bei einer sinusförmigen Eingangsspannung verläuft das Fehlersignal in eingeschwungenem Zustand sinusquadratförmig, wobei die Schwingungsfrequenz dem doppelten der Frequenz der Eingangspannung entspricht. Die Amplitude, mit welcher die Ausgangsspannung Vout um den Sollwert schwingt, ist abhängig vom Mittelwert der Leistungsaufnahme und ist um so größer, je größer dieser Mittelwert der Leistungsaufnahme ist.
Der in 5 dargestellte zeitliche Verlauf beginnt zu einem Zeitpunkt, bei dem sich das System bei einer vergleichsweise kleinen angeschlossenen Last in einem eingeschwungenem Zustand befindet. Das Korrektursignal S22 nimmt dabei seinen Ruhewert S22₀ an, der abhängig vom konkreten Ausführungsbeispiel Null oder Eins beträgt. Die Amplitude des im eingeschwungenem Zustand periodisch verlaufenden Fehlersignals und die Hysterese der Übertragungskennlinie des zweiten Filters sind so aufeinander abgestimmt, dass in eingeschwungenem Zu stand bei maximaler Leistungsaufnahme des Schaltwandlers die positive Amplitude kleiner ist als die Hysterese der Übertragungskennlinie für positive Fehlersignalwerte und dass die negative Amplitude des Fehlersignals kleiner ist als die Hysterese der Übertragungskennlinie für negative Fehlersignalwerte, so dass der periodische Verlauf des Fehlersignals S10 aufgrund der Welligkeit der Ausgangsspannung Vout nicht zu einem von dem Ruhewert abweichenden Korrektursignalwert S22 führt.
In dem zeitlichen Verlauf gemäß 5 tritt zum Zeitpunkt t1 ein Lastsprung auf, durch den die Leistungsabnahme am Ausgang K3, K4 des Schaltwandlers sprungartig erhöht wird, so dass die Ausgangsspannung Vout zunächst absinkt. Hierdurch nimmt das Fehlersignal S10 stark zu negativen Signalwerten hin ab, wobei eine Grundwelligkeit des Fehlersignals S10 jedoch erhalten bleibt. Das Absinken des Fehlerwertsignals führt zu einem vom Ruhewert S22₀ abweichenden Korrektursignalwert S22. Dieser Korrektursignalwert ist für eine Ansteuerschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 negativ, um das erste Filtersignal S21 nach unten zu korrigieren und dadurch das erste Regelsignal S1 zu verkleinern, wobei diese Verkleinerung des ersten Regelsignals S1 in der Ansteuersignalerzeugungsschaltung S30 zu einer Ansteuerung des Schalters SW derart führt, dass die Leistungsaufnahme erhöht wird. Für das Ausführungsbeispielgemäß 1 nimmt das Korrektursignal Werte zwischen Null und Eins an, um dadurch das erste Filtersignal S21 ebenfalls nach unten zu korrigieren und dadurch ein kleineres erstes Regelsignal S1 zu erzeugen. Das Korrektursignal S22 nimmt dabei erst dann wieder seinen Ruhewert S22₀ an, wenn das Fehlersignal S10 zum ersten Mal wieder die Nullachse schneidet, was daraufhin deutet, dass der Einschwingvorgang nach dem Lastsprung weitgehend abgeschlossen ist. Die im weiteren Verlauf größere Amplitude des Fehlersignals S10 deutet auf eine im Vergleich zum Beginn höhere Leistungsaufnahme des Schaltwandlers hin. Allerdings ist diese Amplitude, wie bereits erläutert, zu klein, um über das zwei te Filter 22 im eingeschwungenen Zustand den Wert des ersten Regelsignals S1 zu beeinflussen.
Das zweite Filter 22, welches bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung ein Korrektursignal S22 erzeugt, kann beispielsweise als digitales Filter integriert sein. 6 veranschaulicht einen möglichen Algorithmus zur Ermittlung des Korrektursignals aus dem Fehlersignal. S10(i) bezeichnet in 6 einen Abtastwert des Fehlersignals S10, der für einen aktuellen Berechnungsschritt verwendet wird. S22(i) bezeichnet den aus diesem aktuellen Berechnungsschritt resultierenden Korrektursignalwert, und S22(i-1) bezeichnet den während eines vorangehenden Berechnungsschrittes ermittelten Korrektursignalwert.
In einem ersten Verfahrensschritt 200 wird überprüft, ob der aktuelle Fehlersignalwert S10(i) größer als Null ist. Falls ja, wird in einem weiteren Verfahrensschritt 210 überprüft, ob der aktuelle Fehlersignalwert S10(i) größer als der positive erste Schwellenwert A1 ist. Falls ja, wird unter Verwendung des aktuellen Fehlersignalwertes S10(i) der Wert auf dem für positive Fehlersignalwerte ansteigenden Ast der Übertragungskennlinie ermittelt und einer Variable Z zugewiesen. Ist dieser der Variable Z zugewiesene Wert größer als der zuvor ermittelte Korrektursignalwert S22(i-1), was in einem Verfahrensschritt 212 ermittelt wird, so wird in einem Verfahrensschritt 213 der aktuelle Korrektursignalwert S22(i) gleich dem Wert der Variable Z gesetzt. Andernfalls bleibt der Korrektursignalwert unverändert, das heißt der aktuelle Korrektursignalwert S22(i) wird in einem Verfahrensschritt 214 gleich dem vorherigen Korrektursignalswert S22(i-1) gesetzt.
Ist der Korrektursignalwert S10(i) nicht größer als der erste Schwellenwert A1, so wird in einem Verfahrensschritt 215 für den aktuellen Fehlersignalwert S10(i) der Wert auf dem für positive Fehlersignalwerte S10 fallenden Ast der Übertragungskennlinie ermittelt und der Variable Z zugewiesen. Ist dieser Variablenwert kleiner als der vorherige Korrektursignalwert, was in Verfahrensschritt 216 ermittelt wird, so wird in einem Verfahrensschritt 217 der Korrektursignalwert S22(i) gleich dem Variablenwert gesetzt. Ist der Variablenwert nicht kleiner als der vorherige Korrektursignalwert. So wird in einem Verfahrensschritt 218 überprüft, ob der vorherige Korrektursignalswert S22(i-1) kleiner als Null war. Wenn ja, wird der aktuelle Korrektursignalwert S22(i) in Verfahrensschritt 219 gleich Null gesetzt, andernfalls bleibt der Korrektursignalwert unverändert (Schritt 214).
Ist der momentane Fehlersignalwert S10(i) kleiner als Null, so wird in einem Verfahrensschritt 220 ermittelt, ob der Fehlersignalwert S10(i) kleiner als die negative zweite Schwelle A2 ist. Wenn ja, wird für diesen Fehlersignalwert S10(i) der auf den für negative Fehlersignalwerte fallenden Ast liegende Wert der Übertragungskennlinie ermittelt, und der Variablen Z zugewiesen. Ergibt sich in einem nächsten Verfahrensschritt 222, dass die Variable kleiner als der vorherige Korrektursignalwert S22(i-1) ist, so wird der momentane Korrektursignalwert S22(i) gleich dem Variablenwert gesetzt (Schritt 223), andernfalls bleibt der Korrektursignalwert unverändert (Verfahrensschritt 224).
Ist der negative Fehlersignalwert S10(i) größer als der zweite Schwellenwert A2, so wird für diesen Fehlersignalwert der Wert auf dem steigenden Ast für negative Fehlersignalwerte in der Übertragungskennlinie ermittelt, und der Variablen Z zugewiesen. Ist der hierdurch ermittelte Wert größer als der vorherige Korrektursignalswert S22(i-1), so wird in einem Verfahrensschritt 227 dem momentanen Korrektursignalwert S22(i) der Wert dieser Variablen Z zugewiesen. Andernfalls wird ermittelt, ob der vorherige Korrektursignalwert S22(i-1) größer als Null ist. Wenn ja, wird der momentane Korrektursignalwert S22(i) gleich Null gesetzt, andernfalls bleibt der Korrektursignalwert unverändert (Verfahrensschritt 224).
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, bei der dem ersten Filter 21 ein Addierer 26 vorgeschaltet ist, dem an einem Eingang das Fehlersignal S10 und dem an einem anderen Eingang das mit einem Faktor k gewichtete Korrektursignal S22 zugeführt ist. Der Faktor k liegt vorzugsweise in der Größenordnung des Kehrwertes einer der Steigungen N1, M1, N2, M2 der erläuterten Übertragungskennlinie. Der Faktor k kann dabei auch abhängig von der Polarität des Fehlersignals S10 verändert werden.
Durch die Rückkopplung des Ausgangs des zweiten Filters 22 auf den Eingang des ersten Filters 21 lässt sich ein weiter verbessertes Reaktionsverhalten des Schaltwandlers bei Lastsprüngen am Ausgang K3, K4 erreichen. Der zeitliche Verlauf des Fehlersignals S10 bei einem Lastsprung ist für das Ausführungsbeispiel gemäß 7 in 8 dargestellt.

C: Kondensator, kapazitives Speicherelement
D: Diode, Gleichrichterelement
Iin: Eingangsstrom
k: Gewichtungsfaktor
K1, K2: Eingangsklemmen
K3, K4: Ausgangsklemmen
L: Speicherdrossel, induktives Speicherelement
MI: Strommessanordnung
PWM: pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal
R1, R2: Spannungsteiler
R3: Widerstand
S1: erstes Regelsignal,
: ausgangsspannungsabhängiges Regelsignal
S10: Fehlersignal
S2: zweites Regelsignal,
: eingangsstromabhängiges Regelsignal
S21: erstes Filtersignal
S22: zweites Filtersignal, Korrektursignal
S22': gewichtetes zweites Filtersignal,
: Korrektursignal
S3: drittes Regelsignal,
: eingangsspannungsabhängiges Regelsignal
SW: Schalter
Vin: Eingangsspannung
Vn: Netzspannung
Vout: Ausgangsspannung
Vref: Referenzspannung
Vs: Spannungsmesssignal
Z: Last
200-229: Verfahrensschritte
10: Fehlersignalerzeugungsschaltung
11: Differenzverstärker
12: Referenzspannungsquelle
21: erstes Filter
22: zweites Filter
23: multiplizierende Verknüpfungsschaltung
24: agierende Verknüpfungsschaltung
25: drittes Filter
26: Addierer
30: Ansteuersignalerzeugungsschaltung
100: Ansteuerschaltung

Claims

Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter (SW) in einem Schaltwandler, der Eingangsklemmen (K1, K2) zum Anlegen einer Eingangsspannung (Vin) und Ausgangsklemmen (K3, K4) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung aufweist, wobei die Ansteuerschaltung (100) folgende Merkmale aufweist: – einen ersten Eingang (K11) zum Zuführen eines von der Ausgangsspannung (Vout) abhängigen Spannungsmesssignals (Vs), – eine Fehlersignalerzeugungsschaltung (10), die ein Fehlersignal (S10) durch Vergleich des Spannungsmesssignals (Vs) mit einem Referenzsignal (Vref) erzeugt, – eine Filteranordnung (20), der das Fehlersignal (S10) zugeführt ist und die ein erstes Regelsignal (S1) erzeugt, – eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung (30), der das erste Regelsignal (S1) zugeführt ist und die abhängig von dem ersten Regelsignal (S1) ein Ansteuersignal (PWM) für den Schalter (SW) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung (20) folgende Merkmale aufweist: – ein erstes Filter (21) mit einem integrierenden Verhalten, das ein erstes Filtersignal (S21) abhängig von dem Fehlersignal (S10) erzeugt, – ein zweites Filter (22), das ein zweites Filtersignal (S22) aus dem Fehlersignal (S10) nach Maßgabe einer Hysteresekennlinie erzeugt, – eine Verknüpfungsschaltung (23; 24, 25), die das erste Regelsignal (S1) aus dem ersten und zweiten Filtersignal (S21, S22) erzeugt.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Verknüpfungsschaltung (22) ein Multiplizierer ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Verknüpfungsschaltung (24, 25) folgende Merkmale aufweist: – einen Addierer (23) dem das erste und zweite Filtersignal (S21, S22) zugeführt sind, – ein dem Addierer (24) nachgeschaltetes drittes Filter (25) mit einem exponentiellen Übertragungsverhalten, das das erste Regelsignal (S1) bereitstellt.
Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem dem ersten Filter (21) ein von dem Fehlersignal (S10) und dem zweiten Filtersignal (S22) abhängiges Signal zugeführt ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, bei dem dem ersten Filter ein additives Verknüpfungsglied (26) vorgeschaltet ist, das das Fehlersignal (S10) und ein zu dem zweiten Filtersignal proportionales Signal (S22') miteinander verknüpft, um ein Eingangssignal des ersten Filters zu erzeugen.
Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das zweite Filter so gewählt ist, – dass das zweite Filtersignal (S22) einen von einem Ruhewert (S22₀) abweichenden Wert annimmt, wenn der Betrag des Fehlersignals (S10) einen vorgegebenen Schwellenwert (A1; A2) übersteigt, und – dass sich das zweite Filtersignal (S22) ausgehend von einem erreichten, von dem Ruhewert abweichenden Signalpegel erst dann in Richtung des Ruhewertes verändert, wenn das Fehlersignal (S10) um einen Differenzwert unter den Wert abgesunken ist, der zum Erreichen des Signalpegels geführt hat.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schwellenwert (A1; A2) für positive und negative Fehlersignalwerte (S10) unterschiedlich gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Differenzwert für positive und negative Signalwerte des Fehlersignals (S10) unterschiedlich gewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Differenzwert abhängig von einem erreichten Signalpegel des zweiten Filtersignals (S22) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem bei betragsmäßig zunehmendem Fehlersignal (S10) die Abweichung des Signalpegels des zweiten Filtersignals (S22) von dem Ruhewert abhängig ist von der Differenz (S10-A1; A2-S10), um die das Fehlersignal (S10) den vorgegebenen Schwellenwert (A1; A2) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem bei betragsmäßig abnehmendem Fehlersignal (S10) die Verringerung der Abweichung des Signalpegels des zweiten Filtersignals (S22) von dem Ruhewert abhängig ist von der Verminderung des Fehlersignals (S10).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das zweite Filtersignal (S22) auf seinen Ruhewert (S22₀) zurückgesetzt wird, wenn das Fehlersignal (S10) sein Vorzeichen wechselt.
Verwendung einer Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Ansteuerung eines Schalters (SW) in einem Hochsetzsteller einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung.