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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Taktsignals gemäß Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines resonaten Leistungswandlers gemäß Patentanspruch 11.
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Resonante Leistungswandler sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Leistungswandler werden auch als Resonanzwandler bezeichnet. Resonante Leistungswandler arbeiten mit einem Schwingkreis, um eine erste Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung umzuwandeln. Anschließend kann die Wechselspannung gleichgerichtet werden, um eine zweite Gleichspannung zu erhalten, deren Spannungswert sich vom Spannungswert der ersten Gleichspannung.
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Bekannte resonante Leistungswandler für Leistungsanwendungen im Kilowattbereich werden mit Arbeitsfrequenzen zwischen 100 kHz und 300 kHz betrieben. Zur Ansteuerung des resonanten Leistungswandlers werden mindestens zwei komplementär schaltende Signale benötigt, die eine Totzeit aufweisen, um eine Überlappung der Schaltsignale zu verhindern. Im Falle einer digitalen Ansteuerung leitet man die Schaltsignale des Leistungswandlers in der Regel von einem Systemtakt ab. Es ist bekannt, diese Schaltsignale mittels eines Zählers zu erzeugen. Der Systemtakt inkrementiert dabei den Zähler. Erreicht der Zähler einen festgelegten Zählerstand, so werden die erzeugten Ansteuer-Schaltsignale geändert.
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Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass die Frequenz der erzeugten Schaltsignale nur diskrete Werte annehmen kann, deren Schrittweite von der Frequenz des Systemtakts abhängig ist. Zur Ansteuerung eines resonanten Leistungswandlers ist es jedoch erforderlich, die Resonanzfrequenz des resonanten Leistungswandlers sehr genau einzuhalten. Somit eignen sich digital erzeugte Schaltsignale nur bedingt zur Ansteuerung von resonanten Leistungswandlern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen eines Taktsignals anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern eines resonanten Leistungswandlers anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Taktsignals umfasst Schritte zum Erzeugen eines symmetrischen dritten Taktsignals mit einer vorgegebenen Frequenz, und zum Erzeugen eines sechsten Taktsignals derart, dass steigende Flanken des sechsten Taktsignals mit steigenden Flanken eines ersten Taktsignals zusammenfallen, und dass fallende Flanken des sechsten Taktsignals mit steigenden Flanken des dritten Taktsignals zusammenfallen. Vorteilhafterweise treten die fallenden Flanken des sechsten Taktsignals dann mit einer vom dritten Taktsignal abhängigen Frequenz auf. Dies erlaubt es, die Frequenz des sechsten Taktsignals durch Variation der Frequenz des dritten Taktsignals zu variieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden zum Erzeugen des dritten Taktsignals Schritte ausgeführt zum Erzeugen eines zweiten Taktsignals mit einer vorgegebenen Frequenz, und zum Symmetrisieren des zweiten Taktsignals, um das dritte Taktsignal zu erhalten. Vorteilhafterweise kann die Frequenz des dritten Taktsignals dann über die Frequenz des zweiten Taktsignals vorgegeben werden.
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In einer Ausführungsform weist das dritte Taktsignal die Hälfte der Frequenz des zweiten Taktsignals auf. Vorteilhafterweise gestaltet sich das Symmetrisieren des zweiten Taktsignals, um das dritte Taktsignal zu erhalten, dann besonders einfach.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das zweite Taktsignal mit einem asynchronen T-Flipflop symmetrisiert. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine besonders einfache Symmetrisierung des zweiten Taktsignals.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden zum Erzeugen des zweiten Taktsignals Schritte ausgeführt zum Erzeugen eines analogen Sollwerts mittels eines Digital-Analog-Konverters, und zum Ansteuern eines spannungsgesteuerten Oszillators mit dem analogen Sollwert, um das zweite Taktsignal zu erhalten. Vorteilhafterweise kann die Frequenz des zweiten Taktsignals in dieser Ausführungsform des Verfahrens nahezu beliebig genau über den analogen Sollwert vorgegeben werden.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens ist ein zeitlicher Abstand zwischen einer steigenden Flanke des sechsten Taktsignals und einer nachfolgenden fallenden Flanke des sechsten Taktsignals geringer als ein zeitlicher Abstand zwischen einer fallenden Flanken des sechsten Taktsignals und einer nachfolgenden steigenden Flanke des sechsten Taktsignals. Vorteilhafterweise weist das sechste Taktsignal dann einen von 50% abweichenden Tastgrad auf.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist ein weiterer Schritt zum Ableiten eines fünften Taktsignals aus dem ersten Taktsignal vorgesehen. Vorteilhafterweise kann die Frequenz des fünften Taktsignals dann über die Frequenz des ersten Taktsignals festgelegt werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das fünfte Taktsignal mittels eines Zählers aus dem ersten Taktsignal abgeleitet. Vorteilhafterweise stellt dies eine besonders einfach umzusetzende Möglichkeit zum Ableiten des fünften Taktsignals aus dem ersten Taktsignal dar.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung des Verfahrens ist ein zeitlicher Abstand zwischen einer steigenden Flanke des fünften Taktsignals und einer nachfolgenden fallenden Flanke des fünften Taktsignals geringer als ein zeitlicher Abstand zwischen einer fallenden Flanke des fünften Taktsignals und einer nachfolgenden steigenden Flanke des fünften Taktsignals. Vorteilhafterweise weist das fünfte Taktsignal dann einen von 50% abweichenden Tastgrad auf.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens schalten das fünfte Taktsignal und das sechste Taktsignal komplementär. Dabei sind die logisch hohen Pegel des fünften Taktsignals und die logisch hohen Pegel des sechsten Taktsignals durch eine Totzeit voneinander getrennt. Vorteilhafterweise ist dadurch sichergestellt, dass das fünfte Taktsignal und das sechste Taktsignal nie gleichzeitig logisch hohe Pegel aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ansteuern eines resonanten Leistungswandlers sieht vor, dass der Leistungswandler mit einem sechsten Taktsignal angesteuert wird, das auf die vorgenannte Weise erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann die Frequenz des sechsten Taktsignals dann sehr fein eingestellt werden, was es ermöglicht, die Resonanzfrequenz des resonanten Leistungswandlers sehr genau einzuhalten.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der Leistungswandler zusätzlich mit einem fünften Taktsignal angesteuert, das auf die vorgenannte Weise erzeugt wird. Vorteilhafterweise schalten das fünfte und das sechste Taktsignal dann komplementär, wobei logisch hohe Pegel des fünften Taktsignals und logisch hohe Pegel des sechsten Taktsignals durch Totzeiten voneinander getrennt sind. Vorteilhafterweise wird dadurch verhindert, dass zwei Schalter des resonanten Leistungswandlers gleichzeitig in einen leitenden Zustand geschaltet werden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 ein Taktsignaldiagramm mit komplementär schaltenden Taktsignalen, die mittels eines Zählers erzeugt werden;
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2 ein Taktsignaldiagramm mit komplementär schaltenden Taktsignalen, die mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators und eines Zählers erzeugt werden;
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3 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Taktsignals.
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1 zeigt in schematisierter Darstellung ein Taktsignaldiagramm 300, anhand dessen die Erzeugung eines zweiten Taktsignals 320 und eines dritten Taktsignals 330 aus einem ersten Taktsignal 310 erläutert wird. Auf einer horizontalen Achse des Taktsignaldiagramms 300 ist eine Zeit 301 aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse 302 des Taktsignaldiagramms 300 sind Signalpegel der Taktsignale 310, 320, 330 sowie ein Zählerstand eines Zählers 340 aufgetragen.
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Das erste Taktsignal 310 ist ein Systemtaktsignal, das beispielsweise mittels eines Schwingquarzes erzeugt werden kann.
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Der Zähler 340 ist ein digitaler Zähler. Mit jeder steigenden Flanke des ersten Taktsignals 310 wird der Zähler 340 inkrementiert, also um den Wert 1 erhöht.
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Der Zähler 340 beginnt zu einem ersten Zeitpunkt 341 mit einem ersten Zählerstand. Der erste Zählerstand kann beispielsweise der Wert 0 sein. Das zweite Taktsignal 320 und das dritte Taktsignal 330 weisen zum ersten Zeitpunkt 341 beide einen logisch niedrigen Signalpegel auf.
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Erreicht der Zähler 340 einen festgelegten ersten Schwellwert, so wird das zweite Taktsignal 320 vom logisch niedrigen Signalpegel auf den logisch hohen Signalpegel angehoben. Im in 1 dargestellten Beispiel geschieht dies, wenn der Zähler 340 den Wert 2 erreicht.
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Erreicht der Zähler 340 zu einem zweiten Zeitpunkt 342 einen zweiten festgelegten Schwellwert, so wird das zweite Taktsignal 320 vom logisch hohen Signalpegel auf den logisch niedrigen Signalpegel abgesenkt. Im in 1 dargestellten Beispiel geschieht dies, sobald der Zähler 340 den Wert 13 erreicht.
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Erreicht der Zähler 340 einen festgelegten dritten Schwellwert, so wird das dritte Taktsignal 330 vom logisch niedrigen Signalpegel auf den logisch hohen Signalpegel angehoben. Im in 1 dargestellten Beispiel geschieht dies, sobald der Zähler 340 den Wert 15 erreicht.
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Erreicht der Zähler 340 zu einem dritten Zeitpunkt 343 einen festgelegten Überlaufwert, so springt der Zähler auf den Wert 0 zurück. Außerdem wird gleichzeitig das dritte Taktsignal 330 vom logisch hohen Signalpegel auf den logisch niedrigen Signalpegel abgesenkt.
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Anschließend beginnt der beschrieben Ablauf ab dem ersten Zeitpunkt 341 von Neuem.
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Wie in 1 erkennbar ist, schalten die durch dieses Verfahren erzeugten Taktsignale 320, 330 komplementär zueinander. Die Taktsignale 320, 330 weisen jeweils einen von 50% verschiedenen Tastgrad auf. Dies hat zur Folge, dass die logisch hohen Signalpegel des zweiten Taktsignals 320 zeitlich von den logisch hohen Signalpegeln des dritten Taktsignals 330 beabstandet sind. Zwischen einem logisch hohen Signalpegel des dritten Taktsignals 330 und einem nachfolgenden logisch hohen Signalpegel des zweiten Taktsignals 320 ist eine erste Totzeit 321 vorgesehen. Zwischen einem logisch hohen Signalpegel des zweiten Taktsignals 320 und einem zeitlich nachfolgenden logisch hohen Signalpegel des dritten Taktsignals 330 ist eine zweite Totzeit 331 vorgesehen.
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Die Schaltfrequenzen des zweiten Taktsignals 320 und des dritten Taktsignals 330, sowie die zeitlichen Dauern der Totzeiten 321, 331 können durch die Wahl der beschriebenen Schwellenwerte und Überlaufwerte des Zählers 340 vorgegeben werden. Weist das erste Taktsignal 310 beispielsweise eine Frequenz von 300 MHz auf und sollen daraus das zweite Taktsignal 320 und das dritte Taktsignal 330 mit einer Frequenz von 200 kHz abgeleitet werden, so muss der Zähler 340 zwischen den ersten Zählerstand 341 und dem dritten Zählerstand 341 jeweils bis zum Wert 500 zählen, bevor er auf den Wert 0 zurückspringt. Soll die Frequenz des zweiten Taktsignals 320 und des dritten Taktsignals 330 jedoch etwas höher oder etwas niedriger als 200 kHz liegen, so muss der Zähler 340 bis 499 oder bis 501 zählen. Daraus ergäben sich Frequenzen des zweiten Taktsignals 320 und des dritten Taktsignals 330 von 199,6 kHz bzw. 200,4 kHz. Das erläuterte Verfahren gestattet in diesem Beispiel also lediglich Schrittweiten von 400 Hz für die Frequenzen des zweiten Taktsignals 320 und des dritten Taktsignals 330. Diese Schrittweite ist unter Umständen zu groß, um ein resonantes System durch das zweite Taktsignal 320 und das dritte Taktsignal 330 ausreichend genau bei seiner Resonanzfrequenz anzutreiben.
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2 zeigt ein weiteres Taktsignaldiagramm 100, anhand dessen ein Verfahren zum Erzeugen eines Taktsignals erläutert wird, das die zeitkontinuierlichen Vorteile einer analogen Taktgenerierung mit der Flexibilität einer digitalen Ansteuerung verbindet. Auf einer horizontalen Achse des Taktsignaldiagramms 100 ist eine Zeit 101 aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse des Taktsignaldiagramms 100 ist ein logischer Taktsignalpegel 102 aufgetragen.
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Das Taktsignaldiagramm 100 der 2 zeigt ein erstes Taktsignal 110. Das erste Taktsignal 110 weist eine festgelegte hohe Frequenz auf, die beispielsweise 100 MHz betragen kann. Das erste Taktsignal 110 kann beispielsweise ein Systemtakt sein, der beispielsweise mittels eines Schwingquarzes erzeugt werden kann. Das erste Taktsignal 110 weist mit der festgelegten Frequenz des ersten Taktsignals 110 auftretende steigende Taktflanken 201 bis 232 auf. Das erste Taktsignal 110 weist einen symmetrischen Tastgrad von 50% auf.
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Weiter zeigt das Taktsignaldiagramm 100 der 2 ein zweites Taktsignal 120. Das zweite Taktsignal 120 wird mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators erzeugt. Hierzu wird der spannungsgesteuerte Oszillator mit einem analogen Sollwert angesteuert, der die gewünschte Frequenz des durch den spannungsgesteuerten Oszillator ausgegebenen zweiten Taktsignals 120 vorgibt. Durch Variation des analogen Sollwerts kann die Frequenz des zweiten Taktsignals 120 kontinuierlich variiert werden. Der analoge Sollwert kann dazu beispielsweise mittels eines Digital-Analog-Konverters aus einem digitalen Sollwert erzeugt werden.
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Das zweite Taktsignal 120 weist einen Tastgrad auf, der von der genauen Ausgestaltung des spannungsgesteuerten Oszillators abhängig ist und nicht notwendigerweise 50% betragen muss. Im in 2 dargestellten Beispiel weist das zweite Taktsignal 120 einen Tastgrad von weniger als 50% auf.
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Der im Taktsignaldiagramm 100 der 2 dargestellte zeitliche Ausschnitt des zweiten Taktsignals 120 weist eine erste steigende Flanke 121, eine zweite steigende Flanke 122 und eine dritte steigende Flanke 123 auf, die einander zeitlich nachfolgen.
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Ferner zeigt das Taktsignaldiagramm 100 der 3 ein drittes Taktsignal 130. Das dritte Taktsignal 130 wird durch Symmetrisieren des zweiten Taktsignals 120 aus dem zweiten Taktsignal 120 abgeleitet. Das Symmetrisieren des zweiten Taktsignals 120 kann beispielsweise mit einem asynchronen T-Flipflop erfolgen. Das asynchrone T-Flipflop wechselt dabei mit jeder steigenden Flanke 121, 122, 123 des zweiten Taktsignals 120 seinen Ausgangszustand. Das sich daraus ergebende dritte Taktsignal 130 weist einen symmetrischen Tastgrad von 50% und die halbe Frequenz des zweiten Taktsignals 120 auf.
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Das dritte Taktsignal 130 weist in dem im Taktsignaldiagramm 100 der 2 dargestellten Ausschnitt eine erste steigende Flanke 131, eine der ersten steigenden Flanke 131 zeitlich nachfolgende erste fallende Flanke 132 und eine der ersten fallenden Flanke 132 zeitlich nachfolgende zweite steigende Flanke 133 auf.
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Da das zweite Taktsignal 120 durch den spannungsgesteuerten Oszillator mit einer Frequenz erzeugt wird, die von dem dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführten analogen Sollwert abhängt, besteht zwischen der Frequenz des zweiten Taktsignals 120 und der Frequenz des ersten Taktsignals 110 kein festgelegter Zusammenhang. Da das dritte Taktsignal 130 aus dem zweiten Taktsignal 120 abgeleitet wird und die halbe Frequenz des zweiten Taktsignals 120 aufweist, besteht auch zwischen dem dritten Taktsignal 130 und dem ersten Taktsignal 110 kein festgelegtes Frequenzverhältnis.
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Das Taktsignaldiagramm 100 der 2 zeigt weiter ein viertes Taktsignal 140. Das vierte Taktsignal 140 ergibt sich, wenn das dritte Taktsignal 130 mit der Frequenz des ersten Taktsignals 110 abgetastet wird. Dieses Abtasten könnte beispielsweise durch einen mit dem ersten Taktsignal 110 getakteten Mikroprozessor oder Mikrocontroller erfolgen. Dabei wird synchron zu jeder steigenden Flanke 201 bis 232 des ersten Taktsignals 110 geprüft, ob das dritte Taktsignal 130 einen logisch niedrigen Pegel oder einen logisch hohen Pegel aufweist, und der logische Pegel des vierten Taktsignals 140 entsprechend gesetzt.
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Da die steigenden Flanken 201 bis 232 des ersten Taktsignals 110 nicht synchron zu den Flanken 131, 132, 133 des dritten Taktsignals 130 auftreten, treten auch die sich ergebenden Flanken des vierten Taktsignals 140 nicht ganz synchron zu den Flanken 131, 132, 133 des dritten Taktsignals 130 auf. Vielmehr ergibt sich zwischen der ersten steigenden Flanke 131 des dritten Taktsignals 130 und der ersten steigenden Flanke des vierten Taktsignals 140 eine erste zeitliche Unschärfe 141, zwischen der ersten fallenden Flanke 132 des dritten Taktsignals 130 und der ersten fallenden Flanke des vierten Taktsignals 140 eine zweite zeitliche Unschärfe 142 und zwischen der zweiten steigenden Flanke 133 des dritten Taktsignals 130 und der zweiten steigenden Flanke des vierten Taktsignals 140 eine dritte zeitliche Unschärfe 143.
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Die zeitlichen Unschärfen 141, 142, 143 der Flanken des vierten Taktsignals 140 haben zur Folge, dass die Frequenz des vierten Taktsignals 140 nicht scharf festgelegt ist. Dadurch ist die gute Frequenzauflösung des durch den spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten zweiten Taktsignals 120 im vierten Taktsignal 140 verloren. Das vierte Taktsignal 140 eignet sich demnach nicht zur Ansteuerung eines resonanten Leistungswandlers mit einer genau festgelegten Frequenz.
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Das Taktsignaldiagramm 100 der 2 zeigt weiter ein fünftes Taktsignal 150. Das fünfte Taktsignal 150 wird, analog zum anhand des Taktsignaldiagramms 300 der 1 erläuterten Verfahren, mittels eines Zählers aus dem ersten Taktsignal 110 abgeleitet. Das fünfte Taktsignal 150 weist eine erste steigende Flanke 151, eine der ersten steigenden Flanke 151 zeitliche nachfolgende erste fallende Flanke 152 und eine der ersten fallenden Flanke 152 zeitlich nachfolgende zweite steigende Flanke 153 auf. Die erste steigende Flanke 151 tritt im in 2 dargestellten Beispiel synchron zur steigenden Flanke 208 des ersten Taktsignals 110 auf. Die erste fallende Flanke 152 tritt im dargestellten Beispiel synchron zur steigenden Flanke 215 des ersten Taktsignals 110 auf. Die zweite steigende Flanke 153 des fünften Taktsignals 150 tritt im dargestellten Beispiel synchron zur steigenden Flanke 226 des ersten Taktsignals 110 auf.
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Die zeitliche Dauer des logisch hohen Pegels des fünften Taktsignals 150 zwischen der ersten steigenden Flanke 151 und der ersten fallenden Flanke 152 dauert im dargestellten Beispiel somit sieben Taktzyklen des ersten Taktsignals 110. Der logisch niedrige Pegel des fünften Taktsignals 150 zwischen der ersten fallenden Flanke 152 und der zweiten steigenden Flanke 153 des fünften Taktsignals 150 dauert im dargestellten Beispiels 11 Taktzyklen des ersten Taktsignals 110. Somit weist das fünfte Taktsignal 150 einen asymmetrischen Tastgrad von weniger als 50% auf.
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In dem im Taktsignaldiagramm 100 der 2 dargestellten Beispiel weist das fünfte Taktsignal 150 eine Frequenz auf, die 1/18 der Frequenz des ersten Taktsignals 110 beträgt. Wie anhand der 1 erläutert wurde, können Tastgrad und Frequenz des fünften Taktsignals 150 jedoch durch Wahl der Zählerstände des Zählers, bei denen ein Umschalten des logischen Pegels des fünften Taktsignals 150 erfolgt, festgelegt werden. Die Frequenz des ersten Taktsignals 110 ist somit stets ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des fünften Taktsignals 150. Die Frequenz des ersten Taktsignals 110 muss jedoch nicht das 18fache der Frequenz des fünften Taktsignals 150 betragen, sondern kann auch ein anderes ganzzahliges Vielfaches sein.
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Das Taktsignaldiagramm 100 der 2 zeigt weiter ein sechstes Taktsignal 160. Das sechste Taktsignal 160 weist im in 2 dargestellten Ausschnitt eine erste fallende Flanke 161, eine der ersten fallenden Flanke 161 zeitlich nachfolgende erste steigende Flanke 162 und eine der ersten steigenden Flanke 162 zeitlich nachfolgende zweite fallende Flanke 163 auf. Die erste fallende Flanke 161 tritt synchron zur ersten steigenden Flanke 131 des dritten Taktsignals 130 auf. Die erste steigende Flanke 162 tritt synchron zur steigenden Flanke 217 des ersten Taktsignals 110 auf. Die zweite fallende Flanke 163 des sechsten Taktsignals 160 tritt synchron zur zweiten steigenden Flanke 133 des dritten Taktsignals 130 auf.
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Die fallenden Flanken 161, 163 des sechsten Taktsignals 160 treten also synchron zu den steigenden Flanken 131, 133 des dritten Taktsignals 130 auf. Somit treten die fallenden Flanken 161, 163 des sechsten Taktsignals 160 mit der Frequenz der steigenden Flanken 131, 133 des dritten Taktsignals 130 und daher mit der halben Frequenz des durch den spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten zweiten Taktsignals 120 auf.
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Die erste steigende Flanke 162 des sechsten Taktsignals 160 und alle weiteren steigenden Flanken des sechsten Taktsignals 160 werden analog zur Erzeugung des fünften Taktsignals 150 und analog zum anhand des Taktsignaldiagramms 300 der 1 erläuterten Verfahren wiederum mit Hilfe eines Zählers aus dem ersten Taktsignal 110 erzeugt.
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Beginnend mit der ersten steigenden Flanke 201 bis 232 des ersten Taktsignals 110, die einer fallenden Flanke 161, 163 des sechsten Taktsignal 160 zeitlich nachfolgt, wird mit Hilfe des Zählers eine festgelegte Anzahl von Taktzyklen des ersten Taktsignals 110 abgezählt. Nach Ablauf dieser festgelegten Anzahl von Taktzyklen des ersten Taktsignals 110 wird das sechste Taktsignal 160 vom logisch niedrigen Signalpegel auf den logisch hohen Signalpegel angehoben. Im in 2 gezeigten Beispiel werden nach der ersten fallenden Flanke 161 des ersten Taktsignals 160 von der zeitlich nächsten steigenden Flanke 206 des ersten Taktsignals 110 ab elf Taktzyklen des ersten Taktsignals 110 abgezählt, bis schließlich synchron zur steigenden Flanke 217 des ersten Taktsignals 110 der logische Signalpegel des sechsten Taktsignals 160 in der ersten steigenden Flanke 162 auf den logisch hohen Signalpegel angehoben wird. Nach dem Auftreten der zweiten fallenden Flanke 163 werden entsprechend, von der ersten zeitlich nachfolgenden steigenden Flanke 224 des ersten Taktsignals 110 an, wiederum elf Taktzyklen des ersten Taktsignals 110 abgezählt und anschließend erneut eine steigende Flanke des sechsten Taktsignals 160 ausgegeben. Die steigenden Flanken 162 des sechsten Taktsignals 160 treten somit mit einer Frequenz auf, die 1/18 der Frequenz des ersten Taktsignals 110 beträgt.
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Anders ausgedrückt wird das sechste Taktsignal 160 ebenfalls mittels eines Zählers aus dem ersten Taktsignal 110 abgeleitet, wobei fallende Flanken 161, 163 des sechsten Taktsignals 160 allerdings logisch mit steigenden Flanken 131, 133 des dritten Taktsignals 130 verknüpft werden.
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Das so erzeugte sechste Taktsignal 160 weist, wie das fünfte Taktsignal 150, einen asymmetrischen Tastgrad von weniger als 50% auf. Außerdem schalten das fünfte Taktsignal 150 und das sechste Taktsignal 160 komplementär zueinander. Zwischen der ersten fallenden Flanke 161 des sechsten Taktsignals 160 und der ersten steigenden Flanke 151 des fünften Taktsignals 150 ist eine erste Totzeit 240 vorgesehen. Zwischen der ersten fallenden Flanke 152 des fünften Taktsignals 150 und der ersten steigenden Flanke 162 des sechsten Taktsignals 160 ist eine zweite Totzeit 250 vorgesehen. Zwischen der zweiten fallenden Flanke 163 des sechsten Taktsignals 160 und der zweiten steigenden Flanke 153 des fünften Taktsignals 150 ist wiederum eine erste Totzeit 240 vorgesehen. Während der Totzeiten 240, 250 weisen sowohl das fünfte Taktsignal 150 als auch das sechste Taktsignal 160 einen logisch niedrigen Signalpegel auf. Dadurch wird verhindert, dass das fünfte Taktsignal 150 und das sechste Taktsignal 160 zu irgendeinem Zeitpunkt gleichzeitig logisch hohe Signalpegel aufweisen.
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Die zeitlichen Dauern der Totzeiten 240, 250 sind nicht konstant. Im in 2 dargestellten Beispiel ist die Frequenz des dritten Taktsignals 130 etwas kleiner als 1/18 der Frequenz des ersten Taktsignals 110. Dadurch nehmen die zeitlichen Dauern der Totzeiten 240, 250 im zeitlichen Verlauf zu, bis ein Überlauf auftritt, die zeitliche Dauer der nächsten nachfolgenden Totzeit 240, 250 wieder einen Mindestwert annimmt und die zeitlichen Dauern der anschließend folgenden Totzeiten 240, 250 wieder zunehmen.
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Das fünfte Taktsignal 150 und das sechste Taktsignal 160 können zur Ansteuerung eines resonanten Leistungswandlers verwendet werden. Das fünfte Taktsignal 150 und das sechste Taktsignal 160 verbinden dabei die Vorteile der guten Einstellbarkeit der Frequenz des zweiten Taktsignals 120 mit der Flexibilität der Erzeugung eines Taktsignals mittels eines Zählers aus dem ersten Taktsignal 110, die eine komfortable Einstellung von Pulsweite und Totzeit ermöglicht. Da bei resonant laufenden Systemen wie resonanten Leistungswandlern nicht der Tastgrad, sondern die einstellbare Frequenz, die Stellgröße darstellt, kann auf Basis des fünften Taktsignals 150 und des sechsten Taktsignals 160 der gewünschte Arbeitspunkt des resonant laufenden Systems sehr exakt angefahren werden. Dadurch ist eine gute Annäherung an den Resonanzpunkt des resonanten Leistungswandlers möglich, was eine digitale Ansteuerung des resonanten Leistungswandlers überhaupt erst realisierbar macht.
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3 zeigt ein stark schematisiertes Blockschaltbild einer Ansteueranordnung 400 zur Ansteuerung eines resonanten Leistungswandlers. Die Ansteueranordnung 400 umfasst ein Steuergerät 410, einen Digital-Analog-Konverter 420 und einen Spannungsgesteuerten Oszillator 430. Das Steuergerät 410 kann beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller umfassen.
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Das Steuergerät 410 gibt einen digitalen Sollwert 415 aus, der einen Sollwert einer Frequenz in digitaler Form vorgibt. Der digitale Sollwert 415 wird dem Digital-Analog-Konverter 420 zugeführt, der den digitalen Sollwert 415 in einen analogen Sollwert 425 umwandelt. Der analoge Sollwert 425 wird dem spannungsgesteuerten Oszillator 430 zugeführt, der daraus das zweite Taktsignal 120 mit einer vom analogen Sollwert 425 und somit auch vom digitalen Sollwert 415 abhängigen Frequenz erzeugt. Das zweite Taktsignal 120 wird an das Steuergerät 410 zurückgeführt, das aus dem zweiten Taktsignal 120 und dem internen ersten Taktsignal 110 des Steuergeräts 410 nach dem anhand der 2 erläuterten Verfahren das fünfte Taktsignal 150 und das sechste Taktsignal 160 erzeugt. Mit dem fünften Taktsignal 150 und dem sechsten Taktsignal 160 kann das Steuergerät 410 der Ansteueranordnung 400 dann einen resonanten Leistungswandler ansteuern.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
