DE102012205312A1

DE102012205312A1 - Burstbetrieb eines Schaltwandlers

Info

Publication number: DE102012205312A1
Application number: DE102012205312A
Authority: DE
Inventors: Xiao Wu Gong; Siu Kam Kok; Ming Ping Mao
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2032-03-31
Also published as: DE102012205312B4; CN102739018A; CN102739018B; US9735673B2; US20120250378A1

Abstract

Beschrieben wir ein Verfahren zum Ansteuern eines Schaltelements in einem Schaltwandler, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen eines Rückkopplungssignals (SFB), das von der Ausgangsspannung (Vout) abhängig ist; Ansteuern des Schaltelements (2) während mehrerer aufeinander folgender Burstzyklen, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement während der Burst-Ein-Periode mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist; Ermitteln einer Burstfrequenz (fb), wobei das Ermitteln der Burstfrequenz (fb) das Auswerten der Dauer wenigstens eines Burstzyklus aufweist; und Einstellen einer effektiven Schaltfrequenz in wenigstens einem Burstzyklus abhängig von der ermittelten Burstfrequenz (fb).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltwandler. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltwandlers im Burstbetrieb und einen Schaltwandler, der dazu ausgebildet ist, im Burstbetrieb betrieben zu werden.
Schaltwandler sind Bereich der Leistungswandlung weit verbreitet. Ein Schaltwandler umfasst wenigstens einen Schalter, der dazu ausgebildet ist, eine pulsweitenmodulierte-(PWM)-Spannung aus einer Eingangsspannung zu erzeugen, und eine Gleichrichteranordnung, der die PWM-Spannung zugeführt ist und die eine Ausgangsspannung erzeugt, mit der eine Last versorgt wird. Üblicherweise umfasst die Gleichrichteranordnung wenigstens ein induktives Speicherelement, wie beispielsweise eine Drossel, und wenigstens ein kapazitives Speicherelement, wie beispielsweise einen Kondensator. Die PWM-Spannung wird erzeugt durch Einschalten und Ausschalten des Schaltelements abhängig von einem PWM-Ansteuersignal. Das Ansteuersignal wird durch einen Controller (eine Steuerschaltung) abhängig von der Ausgangsspannung erzeugt. Der Controller ist dazu ausgebildet, den Duty-Cyle (Tastverhältnis) des Ansteuersignals zu variieren, um die Ausgangsspannung derart zu regeln, dass sie einen vorgegebenen Sollwert annimmt.
Der Duty-Cycle des Ansteuersignals ist abhängig von einem Leistungsverbrauch der Last, wobei der Duty-Cycle zunimmt, wenn der Leistungsverbrauch zunimmt, und der Duty-Cycle abnimmt, wenn der Leistungsverbrauch abnimmt. Unter Niedriglastbedingungen, also dann, wenn ein Leistungsverbrauch der Last sehr gering ist, gehen moderne Controller in einen Burstbetrieb über. Im Burstbetrieb wird das Schaltelement während einer Burst-Ein-Periode zyklisch ein- und ausgeschaltet und das Schaltelement ist während einer Burst-Aus-Periode im Anschluss an die Burst-Ein-Periode dauerhaft ausgeschaltet (im Aus-Zustand). Die Burst-Ein-Periode und die Burst-Aus-Periode definieren eine Burstperiode T_BP und eine Burstfrequenz f_BP, wobei f_BP = 1/T_BP. Die Burstfrequenz ist abhängig von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der Eingangsspannung und dem Leistungsverbrauch der Last.
Probleme können auftreten, wenn die Burstfrequenz in einem Frequenzbereich zwischen 1kHz und 4hKz liegt. Eine Burstfrequenz in diesem Bereich kann zu einem störenden hörbaren Geräusch führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Ansteuern eines Schaltelements in einem Schaltwandler zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Burstbetrieb vorgesehen ist, und einen Controller für einen Schaltwandler zur Verfügung zu stellen, der den Schaltwandler im Burstbetrieb betreiben kann, wobei während des Burstbetriebs störende Geräusche vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 14 und durch einen Controller gemäß der Ansprüche 11 und 16 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Schaltelements in einem Schaltwandler, der eine Ausgangsspannung erzeugt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Rückkopplungssignals, das von der Ausgangsspannung abhängig ist, und das Ansteuern des Schaltelements während mehrerer aufeinander folgender Burstzyklen, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement während der Burst-Ein-Periode mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist. Das Verfahren umfasst außerdem das Ermitteln einer Burstfrequenz, wobei das Ermitteln der Burstfrequenz das Auswerten der Dauer wenigstens eines Burstzyklus und das Einstellen der Schaltfrequenz in wenigstens einem Burstzyklus abhängig von der ermittelten Burstfrequenz umfasst.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Schaltelements in einem Schaltwandler, der eine Ausgangsspannung erzeugt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Rückkopplungssignals, das von der Ausgangsspannung abhängig ist, unter Verwendung eines variablen Widerstandes und das Ansteuern des Schaltelements während mehrerer aufeinander folgender Burstzyklen, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement während einer Burst-Ein-Periode bei einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist. Das Verfahren umfasst außerdem das Ermitteln einer Burstfrequenz, wobei das Ermitteln der Burstfrequenz das Auswerten der Dauer wenigstens eines Burstzyklus und das Variieren eines Widerstandswertes des Widerstands abhängig von der Burstfrequenz umfasst.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, so dass nur solche Merkmale dargestellt sind, die zum Verständnis des Grundprinzips notwendig sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. Außerdem bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale in den Zeichnungen.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schaltwandlers;
2 veranschaulicht das Funktionsprinzip eines Schaltwandlers im Normalbetrieb;
3 veranschaulicht das Funktionsprinzip eines Schaltwandlers im Burstbetrieb;
4 veranschaulicht schematisch das Funktionsprinzip eines Schaltwandlers in einem Burstbetrieb, wobei eine Schaltfrequenz während Burst-Ein-Perioden einstellbar ist;
5 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Schalt-Controllers eines Schaltwandlers;
6 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Burst-Steuerschaltung, die in einem Controller eines Schaltwandlers implementiert sein kann;
7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Ausblendschaltung des Schalt-Controllers gemäß 5;
8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Entscheidungslogik gemäß 6;
9 veranschaulicht schematisch ein Blockdiagramm eines als Sperrwandler ausgebildeten Schaltwandlers;
10 zeigt eine Tabelle mit Schaltfrequenzen eines Schaltelements in einem Schaltwandler, der im Burstmode betrieben wird, für verschiedene Parameter, die die Schaltfrequenz beeinflussen;
11 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schalt-Controllers eines Schaltwandlers;
12 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Schaltwandlers, der einen variablen Widerstand zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals aus einer Ausgangsspannung aufweist;
13 veranschaulicht im Detail ein Ausführungsbeispiel des Schaltwandlers gemäß 10;
14 zeigt ein Blockdiagramm, das die Regelschleife des Schaltwandlers gemäß 11 veranschaulicht;
15 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Verstärkung der Regelschleife und einer normierten Burstfrequenz in den Schaltwandlern gemäß der 11 und 12;
16 zeigt eine Tabelle, in der eine normierte Burstfrequenz abhängig von einem Widerstandswert des Rückkopplungswiderstandes in den Schaltwandlern gemäß der 11 und 12 wiedergegeben ist; und
17 veranschaulicht ein Verfahren zum Ansteuern eines Schalters in einem Schaltwandler, wobei das Verfahren das Variieren einer Schaltfrequenz und das Variieren des Widerstandswerts des variablen Widerstands aufweist.
1 veranschaulicht ein grundlegendes Blockschaltbild eines Schaltwandlers. Der Schaltwandler umfasst Eingangsanschlüsse 11, 12 zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin und Ausgangsanschlüsse 13, 14 zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung Vout. Die Ausgangsspannung Vout kann an eine Last Z (in gestrichelten Linien dargestellt) geliefert werden. Der Schaltwandler umfasst wenigstens ein Schaltelement 2, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse 11, 12 und eine Gleichrichteranordnung 3 geschaltet ist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 2 zwischen einen ersten Eingangsanschluss 11 und die Gleichrichteranordnung 3 geschaltet. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Das Schaltelement 2 könnte auch zwischen den zweiten Eingangsanschluss 12 und die Gleichrichteranordnung 3 geschaltet werden. Die Eingangsspannung Vin kann eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein.
Das Schaltelement 2 wird abhängig von einem Ansteuersignal S_D, das durch einen Controller (eine Steuerschaltung) 4 erzeugt wird, ein- und ausgeschaltet. Dadurch, dass das Schaltelement 2 ein- und ausgeschaltet wird, wird aus der Eingangsspannung Vin eine pulsweitenmodulierte Spannung Vpwm erzeugt. Die pulsweitenmodulierte Spannung Vpwm ist der Gleichrichteranordnung 3 zugeführt, die die Ausgangsspannung Vout aus der pulsweitenmodulierten Spannung Vpwm erzeugt. Die pulsweitenmodulierte Spannung Vpwm weist einen Duty-Cycle (Tastverhältnis) auf, der einem Duty-Cycle des durch den Controller 4 erzeugten Ansteuersignals S_D entspricht.
Die Eingangsleistung Pin des Schaltwandlers, und damit die Ausgangsspannung Vout, kann durch Variieren des Duty-Cycles des Ansteuersignals S_D eingestellt werden. In einem Normalbetrieb des Schaltwandlers ist der Controller 4 dazu ausgebildet, den Duty-Cycle des Ansteuersignals S_D so einzustellen, dass die Ausgangsspannung Vout einen vorgegebenen Sollwert annimmt. Hierzu ist dem Controller 4 ein Rückkopplungssignal S_FB zugeführt, das von der Ausgangsspannung Vout abhängig ist. Das Rückkopplungssignal S_FB wird durch eine Rückkopplungsschaltung 6 erzeugt, die zwischen einen der Ausgangsanschlüsse 13, 14 und den Controller 4 geschaltet ist. Das Rückkopplungssignal S_FB ist abhängig von einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vout und der Sollspannung. Das Rückkopplungssignal S_FB kann aus dieser Differenz unter Verwendung eines Filters mit einem Proportional-Verhalten ( P-Verhalten), einem Integral-Verhalten (I-Verhalten) oder einem Proportional-Integral-Verhalten (PI-Verhalten) erzeugt werden. Rückkopplungsschaltungen, wie beispielsweise die Rückkopplungsschaltung 6 gemäß 1, die ein Rückkopplungssignal S_FB erzeugen, das abhängig ist von einer Differenz zwischen einer Ausgangsspannung Vout und einer Sollspannung bzw. einer Referenzspannung in einem Schaltwandler sind allgemein bekannt, so dass diesbezüglich keine weiteren Erläuterungen notwendig sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel steigt das Rückkopplungssignal S_FB an, wenn die Ausgangsspannung Vout momentan zu niedrig ist, und der Duty-Cycle nimmt mit zunehmendem Rückkopplungssignal zu. In diesem Fall hilft das zunehmende (ansteigende) Rückkopplungssignal S_FB die Eingangsleistung Pin des Schaltwandlers zu erhöhen und hilft dadurch die an die Last Z gelieferte Ausgangsleistung zu erhöhen.
Das Grundprinzip des Controllers 4 im Normalbetrieb des Schaltwandlers wird anhand von 2 nachfolgend erläutert. 2 veranschaulicht schematisch Zeitverläufe des Ansteuersignals S_D, des Rückkopplungssignals S_FB und eines Rampensignals S_R. Das Rampensignal S_R wird zusammen mit dem Rückkopplungssignal S_FB dazu verwendet, das Ansteuersignal S_FB zu erzeugen. Das Rampensignal S_R ist ein periodisches Signal mit einer Frequenz f = 1/T. Das Ansteuersignal S_D wird abhängig von dem Rampensignal S_R und dem Rückkopplungssignal S_FB derart erzeugt, dass ein Signalpuls oder Ansteuerimpuls des Ansteuersignals S_D jedes Mal dann beginnt, wenn eine Rampe des Rampensignals S_R beginnt, und dass der Ansteuerimpuls jedes Mal dann endet, wenn das Rampensignal S_R das Rückkopplungssignal S_FB erreicht. In 2 bezeichnet T_ON die Dauer einer Ein-Periode des Ansteuerimpulses S_D, also die Dauer, während der Ansteuerimpuls das Schaltelement 2 einschaltet, und T_OFF bezeichnet die Dauer einer Aus-Periode, also die Dauer, während der das Schaltelement 2 ausgeschaltet ist. Eine Zeitdauer, die die Ein-Dauer T_ON und die Aus-Dauer T_OFF umfasst, wird nachfolgend als Schaltdauer (Schaltperiode) bezeichnet. Eine Dauer dieser Schaltperiode ist T, wobei T = T_ON + T_OFF. T definiert die Schaltfrequenz f, wobei f = 1/T. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist T konstant.
Im Normalbetrieb des Schaltwandlers ist ein Duty-Cycle D des Schaltbetriebs definiert als: D = T_ON/T. Der Duty-Cycle D definiert die Eingangsleistung des Schaltwandlers, wobei die Eingangsleistung zunimmt, wenn der Duty-Cycle D zunimmt. Anhand von 2 ist ersichtlich, dass die Ein-Dauer T_ON, und dadurch der Duty-Cycle D, zunimmt, wenn der Signalpegel des Rückkopplungssignals S_FB zunimmt.
Das Rampensignal SR kann durch einen Rampensignalgenerator (nicht dargestellt) erzeugt werden, der das Rampensignal mit mehreren zeitlich aufeinander folgenden Rampen erzeugt, wobei jede Rampe eine steigende Flanke mit einer fest vorgegebenen Steigung aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel entspricht das Rampensignal S_R dem Eingangsstrom Iin des Schaltwandlers oder wird aus diesem Eingangsstrom Iin des Schaltwandlers erzeugt. Dieser Eingangsstrom Iin beginnt aufgrund einer induktiven Charakteristik der Gleichrichteranordnung 3 jedes Mal dann anzusteigen, wenn das Schaltelement 2 eingeschaltet wird. Abhängig von der speziellen Charakteristik der Gleichrichteranordnung 3 sinkt der Eingangsstrom Iin sofort auf Null ab, wenn das Schaltelement 2 ausgeschaltet wird. Dies führt zu einem Zeitverlauf wie er in 2 dargestellt ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nimmt der Eingangsstrom Iin linear ab, wenn das Schaltelement 2 ausgeschaltet wird. Dies führt zu einem dreieckförmigen Signalverlauf des Rampensignals S_R (nicht dargestellt). Das Grundprinzip eines Schaltwandlers im Normalbetrieb ist allgemein bekannt, so dass diesbezüglich keine weiteren Erläuterungen notwendig sind.
Das Schaltelement 2 kann als herkömmlicher elektronischer Schalter, wie beispielsweise als MOSFET oder als IGBT ausgebildet sein. In einem Schaltelement 2, das als MOSFET oder als IGBT ausgebildet ist, können zwei Arten von Verlusten auftreten. Diese Verluste umfassen kapazitive Verluste und ohmsche Verluste. Die ohmschen Verluste resultieren aus einem Einschaltwiderstand des Schaltelements 2 und treten auf, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist. Der Einschaltwiderstand des Schaltelements 2 ist der ohmsche Widerstand des Schaltelements 2 im eingeschalteten Zustand (Ein-Zustand). Kapazitive Verluste treten jedes Mal dann auf, wenn das Schaltelement 2 eingeschaltet ist und ausgeschaltet wird. Diese kapazitiven Verluste resultieren aus parasitären Kapazitäten (nicht dargestellt), die in einem MOSFET oder IGBT unvermeidlich vorhanden sind und die geladen bzw. entladen werden, wenn das Bauelement eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird.
Unter Niedriglastbedingungen, also dann, wenn ein Leistungsverbrauch der Last Z sehr gering ist, nimmt die Dauer T_ON der Ein-Periode und dadurch der Duty-Cycle D, ab. Mit abnehmenden Duty-Cycle D dominieren die kapazitiven Verluste die Gesamtverluste, die in dem Schaltelement 2 auftreten. Es gibt daher einen Arbeitspunkt (definiert durch den Leistungsverbrauch der Last) des Schaltwandlers, ab dem es ineffizient wäre, den Duty-Cycle D weiter zu verringern.
Der Controller 4 ist dazu ausgebildet, in einen Burstbetrieb überzugehen, wenn solche Niedriglastbedingungen auftreten. Im Burstbetrieb gibt es einen fest vorgegebenen Duty-Cycle für die Schaltoperationen des Schaltelements 2 und es sind abwechselnd Burst-Ein-Perioden, während derer das Schaltelement 2 zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, und Burst-Aus-Perioden, während derer das Schaltelement 2 dauerhaft ausgeschaltet ist, vorhanden. Das Funktionsprinzip des Schaltwandlers im Burstbetrieb wird nachfolgend anhand von 3 erläutert, in der Zeitverläufe des Rückkopplungssignals S_FB und des Ansteuersignals S_D dargestellt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeitverläufe in den 2 und 3 unterschiedliche Maßstäbe besitzen.
Das Rückkopplungssignal SFB repräsentiert den Leistungsverbrauch der Last Z. Gemäß einem Ausführungsbeispiel geht der Schaltwandler in den Burstbetrieb über, wenn das Rückkopplungssignal S_FB auf einen Schwellenwert absinkt, der nachfolgend als Burstbetrieb-Ein-Schwellenwert bezeichnet wird. Wenn der Schaltwandler in den Burstbetrieb übergeht, wird das Schaltelement 2 zunächst ausgeschaltet. Dies bewirkt, dass die Ausgangsspannung Vout absinkt, so dass das Rückkopplungssignal S_FB ansteigt, bis das Rückkopplungssignal S_FB einen oberen Schwellenwert TH4 erreicht, der nachfolgend als Burst-Ein-Schwelle bezeichnet wird.
Bei herkömmlichen Schaltwandlern wird eine Folge von Ansteuerzyklen erzeugt, nachdem das Rückkopplungssignal S_FB die Burst-Ein-Schwelle TH4 erreicht hat, wobei jeder Ansteuerzyklus eine feste Ein-Dauer und eine feste Aus-Dauer aufweist und wobei das Schaltelement während der Ein-Dauer eingeschaltet und während der Aus-Dauer ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass die Ausgangsspannung Vout ansteigt (solange sich die Last Z im Niedriglastbetrieb, wie beispielsweise im Standby-Betrieb, befindet) und dass das Rückkopplungssignal S_FB absinkt. Wenn das Rückkopplungssignal S_FB auf eine Burst-Aus-Schwelle TH3 absinkt, die unterhalb der Burst-Ein-Schwelle TH4 liegt, wird das Schaltelement 2 ausgeschaltet und bleibt im Aus-Zustand, bis das Rückkopplungssignal S_FB erneut bis auf die Burst-Ein-Schwelle angestiegen ist. Das oszillierende Verhalten des Rückkopplungssignals S_FB im Burstbetrieb resultiert daraus, dass während der Burst-Ein-Dauern die an die Last Z gelieferte Leistung höher ist als die von der Last Z aufgenommene Leistung und dass während der Burst-Aus-Dauern die an die Last Z gelieferte Leistung geringer ist als die von der Last Z aufgenommene Leistung. Der Schaltwandler verlässt den Burstbetrieb, wenn das Rückkopplungssignal S_FB bis auf eine Burstbetrieb-Aus-Schwelle ansteigt, die oberhalb der Burst-Ein-Schwelle TH4 liegt. Das Rückkopplungssignal S_FB steigt bis auf die Burstbetrieb-Aus-Schwelle an, wenn der Leistungsverbrauch der Last Z derart ansteigt, dass während der Burst-Ein-Perioden nicht mehr genug Leistung an die Last Z zur Verfügung gestellt werden kann.
3 veranschaulicht schematisch Zeitverläufe des Rückkopplungssignals S_FB und des Ansteuersignals S_D im Burstmode eines herkömmlichen Schaltwandlers. In 3 bezeichnet TH3 die Burst-Ein-Schwelle und TH4 die Burst-Aus-Schwelle. Die Burstbetrieb-Ein-Schwelle und die Burstbetrieb-Aus-Schwelle, die den Beginn und das Ende des Burstbetriebs regeln, sind in 3 nicht dargestellt.
In 3 bezeichnet Tb_ON die Dauer einer Burst-Ein-Periode und Tb_OFF bezeichnet die Dauer einer Burst-Aus-Periode. Diese Zeitdauern sind abhängig von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise dem Leistungsverbrauch der Last Z oder der Eingangsspannung Vin. Bezugnehmend auf 3 definieren eine Burst-Ein-Dauer Tb_ON und eine nachfolgende Burst-Aus-Dauer Tb_OFF eine Burst-Dauer Tb, wobei eine Burstfrequenz fb definiert ist als: fb = 1/Tb. Die Burstfrequenz fb ist die Frequenz, bei welcher Burst-Ein-Perioden oder Burst-Aus-Perioden auftreten.
Probleme können auftreten, wenn diese Burstfrequenz fb in einem hörbaren Frequenzbereich liegt, wie beispielsweise in einem Frequenzbereich zwischen 1kHz und 5kHz. Eine Burstfrequenz fb im hörbaren Frequenzbereich kann zu störenden Geräuschen durch den Schaltwandler führen. Es ist deshalb erstrebenswert, die Burstfrequenz fb unterhalb einer vorgegebenen Frequenzschwelle zu halten, wie beispielsweise unterhalb von 1,2kHz, unterhalb von 1kHz, oder sogar unterhalb von 0,9kHz.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ansteuern eines Schaltelements, wie beispielsweise des Schaltelements 2 gemäß 1, in einem Schaltwandler im Burstmode umfasst das Ermitteln der Burstfrequenz fb durch Auswerten der Dauer wenigstens einer Burst-Periode. Das Verfahren umfasst außerdem das Reduzieren der durchschnittlichen Schaltfrequenz in wenigstens einer Burst-Periode, die der Burst-Periode bzw. den Burst-Perioden folgt, die zur Auswertezwecken verwendet wurden, wenn die Burstfrequenz fb oberhalb der vorgegebenen Schwelle liegt, wie beispielsweise oberhalb von 1,2kHz, 1kHz oder 0,9kHz liegt. "Die Schaltfrequenz zu reduzieren" bedeutet, dass die Schaltfrequenz während wenigstens einer Burst-Ein-Periode reduziert wird, und zwar verglichen mit der Schaltfrequenz während der wenigstens einen Burst-Periode, die ausgewertet wurde, um die Burstfrequenz fb zu ermitteln.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Reduzieren der Schaltfrequenz ist nachfolgend anhand von 4 erläutert. In 4 sind Zeitverläufe des Rückkopplungssignals S_FB und des Ansteuersignals S_D im Burstmode dargestellt. Bei diesem Verfahren werden Ansteuerimpulse mit einer festen Frequenz und mit einer fest vorgegebenen Ein-Dauer während der Burst-Ein-Perioden erzeugt. Allerdings werden zur Reduktion der durchschnittlichen oder effektiven Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Periode Tb_ON einige Ein-Impulse ausgelassen bzw. nicht erzeugt. Dies ist schematisch in 4 dargestellt. Das Auslassen einiger der Ein-Impulse während einer Burst-Ein-Periode Tb_ON führt zu einer durchschnittlichen (effektiven) Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Periode, die niedriger ist als die Schaltfrequenz, bei der die Ein-Impulse erzeugt werden. Verschiedene Auslassmuster (eng. skipping schemes) können im Burstbetrieb für die Erzeugung des Ansteuersignals S_D während der Burst-Ein-Perioden angewendet werden. Einige dieser Auslassmuster sind nachfolgend erläutert.
5 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung 4, die dazu ausgebildet ist, ein Ansteuersignal S_D zu erzeugen und die insbesondere dazu ausgebildet ist, die Schaltfrequenz zu reduzieren, indem einzelne Ansteuerimpulse während der Burst-Ein-Perioden ausgelassen werden, wenn eine Burstfrequenz fb größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das relevante Funktionsblöcke der Steuerschaltung 4 nur schematisch zeigt. Diese Funktionsblöcke können in verschiedenster Weise realisiert werden.
Bezugnehmend auf 5 umfasst die Steuerschaltung 4 zwei Signalerzeugungseinheiten: Eine erste Signalerzeugungseinheit 4 ₁, die das Ansteuersignal S_D im Normalbetrieb der Steuerschaltung 4 erzeugt; und eine zweite Signalerzeugungsschaltung 4 ₂, die das Ansteuersignal S_D im Burstmode erzeugt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Signalerzeugungseinheit 4 ₁ eine Komparator 41, dem das Rückkopplungssignal S_FB und das Rampensignal S_R zugeführt sind, einen ersten Taktgenerator 43, der ein erstes Taktsignal erzeugt und ein Flip-Flop 42, dem ein Ausgangssignal des ersten Taktgenerators 43 an einem Setz-Eingang S und ein Ausgangssignal des Komparators 41 an einem Rücksetzeingang R zugeführt sind. Ein erstes Ansteuersignal S_D' ist an einem Ausgang Q des Flip-Flops 42 verfügbar. Im Normalbetrieb wird das Flip-Flop 42 zu Beginn jedes Taktzyklus des ersten Taktgenerators 43 bzw. des Taktsignals gesetzt, so dass bei Beginn jedes Taktzyklus des Taktgenerators 43 bzw. des Taktsignals ein Ansteuerimpuls des ersten Ansteuersignals S_D' beginnt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt das Rampensignal S_R anzusteigen. Das Flip-Flop 42 wird zurückgesetzt, so dass der Ansteuerimpuls des ersten Ansteuersignals S_D' endet, wenn das Rampensignal S_R das Rückkopplungssignal S_FB erreicht. Diese grundsätzliche Funktionsweise der Steuerschaltung 4 im Normalbetrieb entspricht der Funktionsweise die in 1 dargestellt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Rampensignal S_R proportional zu dem Eingangsstrom Iin des Schaltwandlers (vgl. 1).
Das erste Ansteuersignal S_D' ist einem ersten Eingang eines Multiplexers 44 zugeführt, der durch eine Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 gesteuert ist. Der Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 ist das Rückkopplungssignal S_FB zugeführt und die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 erzeugt ein erstes Ausgangssignal S50₁, das nachfolgend als Burstbetrieb-Steuersignal bezeichnet wird. Dem Multiplexer 44 ist das Burstbetrieb-Steuersignal S50₁ an einem Steuereingang zugeführt und er ist dazu ausgebildet, das Ansteuersignal S_D' an seinen Ausgang durchzuleiten, wenn das Burstbetrieb-Steuersignal S50₁ anzeigt, dass sich die Steuerschaltung 4 im Normalbetrieb befindet. Das Steuersignal S_D ist am Ausgang des Multiplexers 44 verfügbar. Optional verstärkt ein Verstärker 45 das Ausgangssignal des Multiplexers 44, um das Ansteuersignal S_D zu erzeugen. Das Ansteuersignal S_D ist ein pulsweitenmoduliertes Signal, das dazu ausgebildet ist, das Schaltelement 2 (vgl. 1) ein- und auszuschalten.
Die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit 4 ₂ erzeugt ein zweites Ansteuersignal S_D'', das einem zweiten Eingang des Multiplexers 44 zugeführt ist. Der Multiplexer 44 leitet dieses zweite Ansteuersignal S_D'' an seinen Ausgang durch, um das Ansteuersignal S_D zu erzeugen, wenn das Burstbetrieb-Steuersignal S50₁ anzeigt, dass sich die Steuerschaltung 4 im Burstbetrieb befindet. Die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit 4 ₂ umfasst einen Taktgenerator 46, der durch ein zweites Ausgangssignal S50₂ der Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 aktiviert und deaktiviert wird. Dieses zweite Ausgangssignal S50₂ wird nachfolgend als Burst-Steuersignal bezeichnet. Die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 ist dazu ausgebildet, den zweiten Taktgenerator 46 während Burst-Ein-Perioden (vgl. Tb_ON in 3) zu aktivieren und den zweiten Taktgenerator 46 während der Burst-Aus-Perioden (vgl. Tb_OFF in 3) zu deaktivieren. Wenn der zweite Taktgenerator 46 aktiviert ist, erzeugt er ein Ausgangssignal S46, das eine Folge von Ansteuerimpulsen bei einer gegebenen Schaltfrequenz enthält. Diese Ansteuerimpulse weisen eine konstante (fest vorgegebene) Dauer auf.
Die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit 4 ₂ umfasst außerdem eine Ausblendschaltung 47, die dazu ausgebildet ist, einzelne Ansteuerimpulse in der durch den zweiten Taktgenerator 46 erzeugten Folge von Ansteuerimpulsen auszublenden (zu überspringen oder auszulassen). Die Ausblendschaltung 47 wird durch ein drittes Ausgangssignal S50₃ der Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 gesteuert. Dieses dritte Ausgangssignal S50₃ wird nachfolgend als Ausblendsignal bezeichnet.
Das Ausblendsignal S50₃ umfasst eine Information über die Frequenz, bei der Ansteuerimpulse ausgeblendet werden sollen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das nachfolgend noch im Detail erläutert wird, wird das Taktsignal S46 in Gruppen mit n aufeinander folgenden Taktimpulsen unterteilt, wobei die Ausblendschaltung 47 dazu ausgebildet ist, in jeder dieser Sequenzen x Taktimpulse zu überspringen oder auszublenden, wobei x zwischen Null und n – 1 liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel definiert das Ausblendsignal S50₃ den Wert x, das Ausblendsignal S50₃ definiert also, wie viele Taktimpulse in jeder Folge von n Taktimpulsen ausgeblendet oder übersprungen werden.
5 zeigt das Funktionsprinzip der Steuerschaltung 4 nur schematisch. Die zwei Signalerzeugungseinheiten 4 ₁, 4 ₂ können auf verschiedenste Weise, d. h. insbesondere mit analogen und/oder digitalen Schaltungsmitteln implementiert werden.
6 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Burstbetrieb-Steuerschaltung 50. Die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst drei Einheiten: Eine erste Einheit, die das Burstbetrieb-Steuersignal S50₁ erzeugt; eine zweite Einheit, die das Burst-Steuersignal S50₂ erzeugt; und eine dritte Einheit, die das Ausblendsignal S50₃ erzeugt. Der ersten Einheit ist das Rückkopplungssignal S_FB, die Burstbetrieb-Ein-Schwelle TH1 und die Burstbetrieb-Aus-Schwelle TH2 zugeführt. Das Burstbetrieb-Steuersignal S50₁ steht an einem (nicht-invertierenden) Ausgang Q eines ersten Flip-Flops 57 zur Verfügung. Dieses Flip-Flop 47 wird jedes Mal dann gesetzt, wenn das Rückkopplungssignal S_FB unter die Burstbetrieb-Ein-Schwelle TH1 absinkt. Das erste Flip-Flop 57 wird jedes Mal dann zurückgesetzt, wenn das Rückkopplungssignal S_FB auf die Burstbetrieb-Aus-Schwelle TH2 ansteigt. Die erste Einheit umfasst einen ersten Komparator 51, der das Rückkopplungssignal S_FB mit der Burstbetrieb-Ein-Schwelle TH1 vergleicht, und einen zweiten Komparator 52, der das Rückkopplungssignal S_FB mit der Burstbetrieb-Aus-Schwelle TH2 vergleicht. Am Ausgang des ersten Komparators 51 steht ein Setzsignal für das erste Flip-Flop 57 zur Verfügung, und am Ausgang des zweiten Komparators 52 steht ein Rücksetzsignal für das erste Flip-Flop 57 zur Verfügung. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt das erste Flip-Flop 57 an, dass die Steuerschaltung sich im Burstbetrieb befindet, immer wenn das erste Flip-Flop 57 gesetzt ist, und dass sich die Steuerschaltung 4 im Normalbetrieb befindet, immer wenn das Flip-Flop 57 zurückgesetzt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt ein hoher Signalpegel (eine logische "1") des Burstbetrieb-Steuersignals S50₁ an, dass sich die Steuerschaltung 4 im Burstmode befindet, während ein niedriger Signalpegel (eine logische "0") des Burstbetrieb-Steuersignals S50₁ anzeigt, dass sich die Steuerschaltung 4 im Normalbetrieb befindet. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Zum Anzeigen des Burstbetriebs und des Normalbetriebs können auch andere Signalpegel verwendet werden.
Optional ist das Setzsignal des ersten Flip-Flops 57 nicht nur das Ausgangssignal des ersten Komparators 51, sondern wird erhalten durch eine UND-Verknüpfung des Aus-gangssignals des ersten Komparators 51 mit einer verzögerten Version dieses Ausgangssignals, wobei die verzögerte Version des Komparatorausgangssignals am Ausgang eines Verzögerungselements 55 zur Verfügung steht. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Übergang in den Burstbetrieb erst dann, wenn das Rückkopplungssignal S_FB für eine vorgegebene Zeitdauer, die durch das Verzögerungselement 55 definiert ist, unterhalb der Burstbetrieb-Ein-Schwelle TH1 verbleibt.
Das Burst-Steuersignal S50₂ steht am Ausgang des zweiten Flip-Flops 59 zur Verfügung. Diesem Flip-Flop 59 ist das Ausgangssignal eines dritten Komparators 53 als Rücksetzsignal und als Ausgangssignal eines vierten Komparators 54 als Setzsignal zugeführt. Optional wird das Ausgangssignal des dritten Komparators 53 mit dem Burstbetrieb-Steuersignal S50₁ UND-verknüpft. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Burstbetrieb-Steuersignal S50₂ einen hohen Signalpegel (eine logische "1") auf, wenn das zweite Flip-Flop 59 gesetzt ist, und weist einen Niedrigsignalpegel auf (der eine logische "0 " repräsentiert), wenn das zweite Flip-Flop 59 zurückgesetzt ist. Das zweite Flip-Flop 59 wird jedes Mal dann gesetzt, wenn das Rückkopplungssignal S_FB bis auf die Burst-Ein-Schwelle TH4 (vgl. auch die 3 und 4) ansteigt oder diese Schwelle übersteigt, so dass eine Burst-Ein-Periode beginnt. Die Burst-Ein-Schwelle TH4 und das Rückkopplungssignal S_FB sind dem vierten Komparator 54 als Eingangssignale zugeführt. Das zweite Flip-Flop 59 wird zurückgesetzt, um eine Burst-Ein-Periode zu beenden und eine Burst-Aus-Periode zu beginnen, jedes Mal, wenn das Rückkopplungssignal S_FB auf die Burst-Aus-Schwelle TH3 (vgl. auch die 3 und 4) absinkt oder diese Schwelle unterschreitet. Bezugnehmend auf die vorangehende Erläuterung ist die Burst-Ein-Schwelle TH4 größer als die Burst-Aus-Schwelle TH3. Außerdem ist die Burstbetrieb-Ein-Schwelle TH1 niedriger als die Burst-Aus-Schwelle TH3, und die Burstbetrieb-Aus-Schwelle TH2 liegt oberhalb der Burst-Ein-Schwelle TH4. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Burstbetrieb-Ein-Schwelle etwa 1,2V, die Burstbetrieb-Aus-Schwelle TH2 beträgt etwa 4,5V, die Burst-Ein-Schwelle TH4 beträgt etwa 4,0V, und die Burst-Aus-Schwelle TH3 beträgt etwa 3,5V.
Die dritte Einheit, die das Ausblendsignal S503 erzeugt, ist dazu ausgebildet, die Burstfrequenz fb basierend auf der Dauer wenigstens einer Burst-Periode zu ermitteln, die eine Burst-Ein-Periode (Tb_ON in den 3 und 4) und eine Burst-Aus-Periode (Tb_OFF in den 3 und 4) umfasst. Bezugnehmend auf die bisherige Erläuterung ist die Burstfrequenz fb der Kehrwert der Burst-Periode Tb. Die dritte Einheit umfasst einen Burstdauer-Timer 61, dem wenigstens eines der Ausgangssignale der dritten und vierten Komparatoren 53, 54 zugeführt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind dem Burstdauer-Timer 61 beide dieser Komparatorsignale zugeführt. Diese Komparatorsignale enthalten eine Information wann Burst-Ein-Perioden und Burst-Aus-Perioden beginnen. Die Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Starts von Burst-Ein-Perioden oder zwischen zwei aufeinander folgenden Starts von Burst-Aus-Perioden entsprechen der Burstdauer (Burst-Periode) Tb. Der Burstdauer-Timer 61 ist dazu ausgebildet, die Burstdauer Tb wenigstens eines Bursts zu ermitteln. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ermittelt der Burstdauer-Timer die Dauer von genau einem Burst. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ermittelt der Burstdauer-Timer die Dauer mehrerer aufeinander folgender Bursts, wobei jeder Burst eine Burst-Ein-Dauer und eine darauf folgende Burst-Aus-Dauer aufweist, und ermittelt den Mittelwert der Dauern Tb der einzelnen Bursts. Die Burstfrequenz kann dann anhand der ermittelten Burstdauer Tb berechnet werden.
Bezugnehmend auf 6 ist einer Entscheidungslogik 62 die Information über die Burstdauer Tb oder die Burstfrequenz fb zugeführt, und die Entscheidungslogik 62 berechnet die Frequenz, bei der Ansteuerimpulse ausgelassen oder ausgeblendet werden. Diese Information ist in dem Ausblendsignal S50₃ enthalten.
7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Ausblendschaltung 57 gemäß 5. Der Ausblendschaltung 57 ist das Ausblendsignal S50₃ zugeführt, das eine Information über die Frequenz enthält, bei der Taktimpulse des Taktsignals (vgl. 46 in 5) übersprungen werden sollen, oder das eine Information darüber enthält, wie viele Taktimpulse in jeder Folge mit n Taktimpulsen übersprungen werden sollen. Die Ausblendschaltung 57 gemäß 7 ist dazu ausgebildet, ein Ausblendsignal S50₃ zu erhalten, das die Anzahl x von Taktimpulsen definiert oder enthält, die in jeder Folge von n aufeinander folgenden Taktimpulsen übersprungen oder ausgelassen werden sollen.
Die Ausblendschaltung gemäß 7 umfasst einen Zähler, dem das Taktsignal S46 an einem Eingang 471 ₁ zugeführt ist und der dazu ausgebildet ist, Taktimpulse des Taktsignals S46 zu zählen. Ein Zählerwert des Zählers 441 ist an einem Ausgang 471 ₂ des Zählers verfügbar. Der Zähler 471 ist dazu ausgebildet, zyklisch auf einen Maximalwert hochzuzählen, wobei der Maximalwert der Anzahl n von Taktimpulsen in einer Folge (Sequenz) entspricht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel zählt der Zähler zyklisch von 1 bis n, wobei sich der Zählerwert mit jedem Taktimpuls oder jedem Taktzyklus des Taktsignals ändert. In diesem Fall ist die Folge von Zählerwerten am Ausgang 471 ₂ des Zählers: 1, 2, ..., n – 1, n, 1, 2, ..., n – 1, n, 1, 2, ...
Die Ausblendschaltung 47 umfasst außerdem eine Speichereinheit 442, der das Ausblendsignal S50₃, das x repräsentiert, zugeführt ist, und die einen Wert speichert, der n – x entspricht, wobei n – x die Anzahl der Taktimpulse in jeder Sequenz mit n-Taktimpulsen ist, die durchgelassen werden sollen. Einem Komparator 473 ist der Zählerwert des Zählers 471 und n – x zugeführt. Ein Ausgangssignal des Komparators 473 steuert eine Durchlassschaltung (engl.: pass gate) 474, der das Taktsignal S46 zugeführt ist, derart, dass die Durchlassschaltung 474 Taktimpulse des Taktsignals nur dann passieren lässt, wenn der Zählerwert kleiner oder gleich n – x ist. Dies ist äquivalent dazu, dass in jeder Sequenz mit n Taktimpulsen x Taktimpulse nicht durchgelassen werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Durchlassschaltung 474 als UND-Gatter realisiert, und der Zähler erzeugt eine logische "0" an seinem Ausgang, um die Durchlassschaltung zu "blockieren", jedes Mal dann, wenn der Zählerwert größer als n – x ist.
8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Entscheidungslogik 62. Der Entscheidungslogik ist eine Information über die Dauer Tb einer Burst-Periode oder über die Burstfrequenz fb, wobei fb = 1/Tb ist, von dem Burstdauer-Timer zugeführt. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass die Dauer Tb einer Burst-Periode der Entscheidungslogik zugeführt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Burstdauer-Timer 61 eine neue Burstdauer-Information in jeder Burst-Periode, wobei die Burstdauer-Information Tb durch Auswerten nur einer einzigen Burst-Periode oder durch Auswerten einer Anzahl aufeinander folgender Burst-Perioden erzeugt werden kann.
Die Entscheidungslogik 62 speichert die Burstdauer-Information Tb in einer ersten Speichereinheit 621 und verglicht die gespeicherte Information mit einem Referenzwert, der in einer zweiten Speichereinheit 622 gespeichert ist. Der Referenzwert repräsentiert eine Dauer der Burst-Periode oder eine Burstfrequenz, bei der die Erzeugung eines hörbaren Geräusches vermieden wird, wie beispielsweise eine Burstfrequenz von 1kHz oder weniger. Eine Auswerteeinheit 623 vergleicht die momentane Burstdauer-Information, die in der ersten Speichereinheit 621 gespeichert ist, mit der Referenzinformation, die in der zweiten Speichereinheit 622 gespeichert ist, und steuert einen Zähler 624, der ein Ausgangssignal erzeugt, das die Anzahl x von Taktimpulsen repräsentiert, die in einer Sequenz von n Taktimpulsen übersprungen bzw. ausgelassen werden sollen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 622 dazu ausgebildet, den Zähler 624 jedes Mal dann hochzuzählen, wenn eine neue Burstdauer-Information Tb gespeichert wird, die eine Burstfrequenz repräsentiert, die größer ist als eine durch die Referenzinformation repräsentierte Burstfrequenz. Ein Zählerwert des Zählers 624 repräsentiert die Anzahl x von Taktimpulsen, die in jeder Sequenz mit n Taktimpulsen ausgelassen werden sollen.
Die Auswerteschaltung 623 kann auch dazu ausgebildet sein, den Zähler 624 zu dekrementieren, um die Anzahl x von auszulassenden Taktimpulsen zu reduzieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 623 dazu ausgebildet, den Zähler 624 jedes Mal dann zu dekrementieren, wenn eine neue Burstdauer-Information gespeichert wird, die eine Burstfrequenz unterhalb einer Frequenzschwelle repräsentiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt die Frequenzschwelle zwischen 300 Hz und 500 Hz, wie beispielsweise bei 400 Hz, so dass der Zähler 624 dekrementiert wird, wenn die Burstfrequenz unterhalb dieser Schwelle liegt. Der Effekt des Auslassens oder Ausblendens einzelner Ansteuerimpulse ist nachfolgend erläutert. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass der Schaltwandler ein Sperrwandler ist, der eine Gleichrichtertopologie 3 aufweist, wie sie in 9 dargestellt ist. Der Sperrwandler umfasst einen Transformator 30 mit einer Primärwicklung 31, die in Reihe zu dem Schaltelement geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit dem Schaltelement 2 und der Primärwicklung 31 zwischen die Eingangsanschlüsse 11, 12 geschaltet ist. Der Transformator 30 umfasst außerdem eine Sekundärwicklung, die induktiv mit der Primärwicklung 31 gekoppelt ist. Außerdem ist ein Gleichrichter parallel zu der Sekundärwicklung 32 geschaltet. Die Ausgangsspannung Vout ist an Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters verfügbar. Der Gleichrichter kann wie ein herkömmlicher Gleichrichter ausgebildet sein, der geeignet ist, eine PWM-Spannung gleichzurichten. Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Gleichrichter eine Reihenschaltung mit einer Diode 33 und einem kapazitiven Ladungsspeicherelement, wie beispielsweise einen Kondensator 34. Die Ausgangsspannung Vout ist über dem Kondensator 34 abgreifbar. Es sei darauf hingewiesen, dass auch beliebige andere Gleichrichter in dem Sperrwandler verwendet werden können.
In dem Sperrwandler gemäß 9 wird Energie in der Primärwicklung 31 gespeichert, wenn das Schaltelement 2 eingeschaltet ist. Wenn das Schaltelement 2 anschließend ausgeschaltet wird, wird die in der Primärwicklung 31 gespeicherte Energie an die Sekundärwicklung 32 und die Ausgangsanschlüsse 13, 14 über den Gleichrichter übertragen. Es sei angenommen, dass f_S die Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Perioden im Burstbetrieb ist, wenn keine Ansteuerimpulse augelassen oder ausgeblendet werden. In diesem Fall ist die durchschnittliche Eingangsleistung des Schaltwandlers während eines Burstzylus gegeben durch:
wobei Pin die durchschnittliche Eingangsleistung, Lp die Induktivität der Primärwicklung 31, Vin die Eingangsspannung, D der Duty-Cycle des Ansteuersignals S_D, fs die Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Perioden, Tb_ON die Dauer der Burst-Ein-Periode und Tb_OFF die Dauer der Burst-Aus-Periode ist.
Wenn die Last Z konstant ist, kann die Burst-Aus-Periode Tb_OFF – also die Zeit, während der das Schaltelement 2 dauerhaft ausgeschaltet ist, so dass die Ausgangsspannung Vout abnimmt und das Rückkopplungssignal S_FB zunimmt – als unabhängig von der Burst-Ein-Periode angesehen werden. Wenn Ansteuerimpulse während der Burst-Ein-Periode ausgeblendet oder ausgelassen werden, nimmt die Gesamtdauer Tb_ON der Burst-Ein-Periode zu (auf Tb_ON'). Die Eingangsleistung Pin' des Schaltwandlers bei einem Szenario, bei dem Ansteuerimpulse während der Burst-Ein-Periode ausgeblendet werden, kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei Tb_ON' die Dauer der Burst-Ein-Periode und fs' die durchschnittliche oder effektive Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Periode Tb_ON' bezeichnet. Aufgrund des Ausblendens oder Auslassens von Ansteuerimpulsen ist die Frequenz fs' geringer als die Grund-Schaltfrequenz fs.
Wenn der Leistungsverbrauch der Last Z konstant ist, sind die Eingangsleistungen Pin, Pin' in dem Szenario in dem keine Ansteuerimpulse bzw. Ansteuerzyklen ausgeblendet werden, und in dem Szenario, in dem Ansteuerimpulse bzw. Ansteuerzyklen ausgeblendet werden, gleich, so dass Pin = Pin' (3).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Ansteuersignal S_D während der Burst-Ein-Periode Pulssequenzen mit einer Anzahl von n aufeinander folgenden Ansteuerimpulsen, wobei von jeder dieser Pulssequenzen x Ansteuerzyklen, mit 1 ≤ x < n, ausgeblendet oder übersprungen werden. In diesem Fall ist x abhängig von der Burstfrequenz fb, die eingestellt werden soll. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist n = 7. Es sei fs die maximale Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Dauer. In diesem Fall kann die durchschnittliche Schaltfrequenz fs' im Ausblendmodus ausgedrückt werden als: fs' = fs· n – x / n (4).
Das Reduzieren der Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Perioden führt zu einer Vergrößerung der Zeitdauer der Burst-Ein-Perioden, zu einer Verlängerung der Burst-Periode und zu einer Reduktion der Burstfrequenz.
Es sei fb_init die anfängliche Burstfrequenz wenn der Controller in den Burstbetrieb übergeht und wenn keine Ansteuerimpulse ausgelassen werden. Diese anfängliche Burstfrequenz ist abhängig von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der Eingangsspannung Vin und dem Leistungsverbrauch der Last. In diesem Fall kann eine Burstfrequenz fb (n, x), die durch Auslassen von x-Ansteuerimpulsen aus einer Sequenz mit n-Ansteuerimpulsen während des Burst-Ein-Betriebs erhalten wird, wie folgt ausgedrückt werden:
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gilt n = 7. Eine Tabelle in 10 veranschaulicht die Reduktion der Burstfrequenz fb, die durch Variieren von x zwischen 1 und 6 erreicht werden kann. Die erste Spalte in der Tabelle von 10 zeigt verschiedene Anfangs-Burstfrequenzen fb_init. Die Anfangs-Burstfrequenz fb_init ist die Burstfrequenz, die der Schaltwandler annimmt, wenn er in den Burstbetrieb übergeht. Bei dem in 10 dargestellten Beispiel variiert die Burstfrequenz zwischen 4kHz und 1kHz. Bei dem in 10 dargestellten Beispiel beträgt das Maximum der Schaltfrequenz f_S 100kHz, und die Dauer Tb_OFF der Burst-Aus-Periode beträgt 0,2ms. In der Tabelle gemäß 10 zeigen die Spalten 2 bis 7 die Burstfrequenzen fb, die ausgehend von den anfänglichen Burstfrequenzen fb_init erreicht werden können durch Auslassen von x = 1, x = 2, x = 3, x = 4, x = 5 oder x = 6 Ansteuerimpulsen in jeder Impulssequenz mit n = 7 Impulsen. In der Tabelle gemäß 10 repräsentieren negative Frequenzwerte Fälle, bei denen die Eingangsleistung geringer ist als der Leistungsverbrauch der Last, so dass der Schaltwandler den Burstbetrieb verlassen müsste, um die Last Z ausreichend zu versorgen. Daher sollte abhängig von der Anfangs-Burstfrequenz die Anzahl x von ausgelassenen Ansteuerimpulsen nicht so hoch sein, dass der Leistungsverbrauch der Last nicht mehr gedeckt werden kann (dargestellt durch negative Burstfrequenzen in der Tabelle gemäß 10). In der Tabelle gemäß 10 sind die Burstfrequenzen in kHz angegeben. Anhand dieser Tabelle ist ersichtlich, dass sogar bei hohen Anfangs-Burstfrequenzen, wie Burstfrequenzen in einem Bereich zwischen 3,6 kHz und 4,00kHz, die Burstfrequenz signifikant auf Werte zwischen 0,10kHz und 1,50kHz reduziert werden kann durch Auslassen einer Anzahl (x = 5 in dem vorliegenden Fall) von Ansteuerzyklen während der Burst-Ein-Periode.
Da Reduzieren der effektiven Schaltfrequenz durch Auslassen von Ansteuerimpulsen während der Burst-Ein-Periode ist lediglich eine von mehreren verschiedenen Maßnahmen zum Reduzieren der effektiven Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Periode. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Taktfrequenz eines Taktgenerators, der die Frequenz der Ansteuerimpuls definiert, während der Burst-Ein-Periode eingestellt. Ein Beispiel eines Controllers (Steuerschaltung) bzw. Schalter-Controllers 4, der diese Funktionalität besitzt, ist in 11 dargestellt.
Der Controller gemäß 11 basiert auf dem Controller von 5. Bei dem Controller von 11 umfasst die zweite Signalerzeugungseinheit 4 ₂ einen Taktgenerator 46, der durch das zweite Ausgangssignal S50₂ der Burstbetrieb-Steuerschaltung aktiviert und deaktiviert wird, und der zusätzlich einen Steuereingang zum Einstellen einer Frequenz des getakteten Ausgangssignals S46' des Taktgenerators umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugt die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 ein Frequenzeinstellsignal S50₅, dass dem Steuereingang des Taktgenerators 46' zugeführt ist und das die Frequenz des Ausgangssignals S46' einstellt.
Der Taktgenerator 46' ist derart ausgebildet, dass in seinem aktivierten Zustand das Ausgangssignal S46' eine Sequenz von Ansteuerimpulsen mit einer Frequenz aufweist, die abhängig von dem Frequenzeinstellsignal S50₅ ist. Die Ansteuerimpulse weisen eine konstante Dauer auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Taktgenerator 46' einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO).
In dem Controller 4 gemäß 11 kann die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 wie in 6 dargestellt ausgebildet sein, mit dem Unterschied, dass die Entscheidungslogik 62, der die Information über die Burstfrequenz fb oder die Burstdauer Tb von dem Burstdauer-Timer 61 zugeführt ist, das Frequenzeinstellsignal S50₅ (in 6 in Klammern angegeben) aus dieser Information erzeugt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Entscheidungslogik dazu ausgebildet, die Frequenz des Taktgenerators 46' zu reduzieren solange die Burstfrequenz oberhalb der Burstfrequenz-Schwelle liegt, wobei die Frequenz in diskreten Frequenzschritten reduziert werden kann. Die Burstfrequenz fb kann in derselben Weise ausgewertet werden, wie dies zuvor im Zusammenhang mit den Verfahren zum Auslassen von Ansteuerzyklen beschrieben wurde, d. h. dass die Burstfrequenz basierend auf der Auswertung nur einer Burst-Periode oder basierend auf der Auswertung von zwei oder mehr aufeinander folgenden Burst-Perioden ausgewertet werden kann. Entsprechend kann die Frequenz zu Beginn jeder neuen Burst-Periode oder nur nach zwei oder mehr Burst-Perioden eingestellt werden, bis die Burstfrequenz unter die Schwelle abgesunken ist. Die Frequenzschritte, um die die Taktfrequenz reduziert wird, können gleiche Schritte sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind diese Schritte abhängig von einer Differenz zwischen der Burstfrequenz und der Burstfrequenz-Schwelle, wobei die Taktfrequenz stärker reduziert wird, wenn die Differenz groß ist, also in den Fällen, in denen die Differenz klein ist, so dass der Betrag eines Frequenzreduktionsschrittes mit abnehmender Differenz zwischen der Burstfrequenz und der Burstfrequenz-Schwelle abnimmt.
Bezugnehmend auf die 5 und 11 kann der Taktgenerator 46, 46' ein Taktgenerator sein, der durch das durch die Burstbetrieb-Steuerschaltung erzeugte Aktivierungssignal S50₂ aktiviert und deaktiviert wird. In diesem Fall wird das Ausgangssignal S46, S46' nur erzeugt, wenn der Taktgenerator aktiviert ist. Dies ist jedoch nur eines von mehreren möglichen Ausführungsbeispielen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Taktgenerator 46, 46' dauerhaft aktiviert und erzeugt ein getaktetes Ausgangssignal. Einem Logikgatter, wie beispielsweise einem UND-Gatter, ist das Ausgangssignal S46, S46' zugeführt und das Logikgatter ermöglicht dem Ausgangssignal S46, S46' den Multiplexer 44 nur dann zu passieren, wenn das Aktivierungssignal S50₂ anzeigt, dass eine Burst-Ein-Periode vorliegt. Dieses Ausführungsbeispiel ist in 11 in gepunkteten Linien dargestellt, wobei das Bezugszeichen 48 das Logikgatter bezeichnet, dem das Ausgangssignal S46, S46' und das Aktivierungssignal S50₂ zugeführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dem Taktgenerator 46, 46' nur das Frequenzeinstellsignal S50₅ zugeführt.
Außer Einstellen der Schaltfrequenz während der Burst-Ein-Dauer, wie beispielsweise durch Auslassen von Taktimpulsen oder durch Einstellen der Taktfrequenz eines Taktgenerators, gibt es eine weitere Möglichkeit, die Burstfrequenz einzustellen, insbesondere zu reduzieren. Dies ist nachfolgend anhand der 12 bis 14 erläutert.
12 veranschaulicht schematisch ein Blockdiagramm eines Schaltwandlers mit Eingangsanschlüssen 11, 12, Ausgangsanschlüssen 13, 14, einem Schaltelement 2, einer Gleichrichteranordnung 3, einem Controller 4 und einer Kopplungsschaltung 6.
Die Funktionsweise dieses Schaltwandlers entspricht der Funktionsweise des Schaltwandlers gemäß 1, so dass das was bezüglich des Schaltwandlers von 1 erläutert wurde, auch für den Schaltwandler gemäß 12 in entsprechender Weise gilt.
Bei dem Schaltwandler gemäß 12 umfasst die Rückkopplungsschaltung 6 einen Rückkopplungswiderstand 60, der zwischen einen Anschluss für ein Versorgungspotential Vdd und den Eingang des Controllers 4 geschaltet ist. Es kann gezeigt werden, dass durch Variieren eines Widerstandswerts dieses Widerstands 60 die Burstfrequenz fb eingestellt werden kann. Der Widerstand 60 ist daher ein variabler Widerstand.
13 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Schaltwandlers gemäß 12 im Detail. Bei diesem Schaltwandler ist die Gleichrichteranordnung 3 beispielsweise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 realisiert, so dass der Schaltwandler ein Sperrwandler ist. In dem Schaltwandler gemäß 13 wird das Rampensignal S_R aus dem Eingangsstrom Iin unter Verwendung eines Messtransistors 71 erzeugt, durch den der Eingangsstrom Iin fließt, und durch Verstärken eines Spannungsabfalls V71 über dem Messtransistor 71 unter Verwendung eines Verstärkers 72, wie beispielsweise eines Operationsverstärkers. Das Rampensignal S_R ist am Ausgang des Verstärkers 72 verfügbar. Das Ausgangssignal des Verstärkers 72 ist ein Rampensignal, da der Eingangsstrom Iin eines Sperrwandlers eine rampenförmige Signalform besitzt, was allgemein bekannt ist. Dieses Rampensignal S_R ist der Steuerschaltung bzw. dem Controller 4 zugeführt.
Die Rückkopplungsschaltung 6 umfasst außer dem variablen Widerstand 60 einen Optokoppler 69 mit einem Übertrager 62 ₁, der an einen der Ausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und einen Empfänger 62 ₂, der an den Rückkopplungsempfänger 60 und den Eingang des Controllers 4 gekoppelt ist. Insbesondere ist der Empfänger 62 ₂ in Reihe zu dem Rückkopplungswiderstand 60 geschaltet, wobei die Reihenschaltung mit dem Rückkopplungswiderstand 60 und dem Empfänger 62 ₂ zwischen einen Anschluss für ein Versorgungspotential Vdd und einen Anschluss für einen sekundärseitiges Referenzpotential geschaltet ist. Der Übertrager 62 ₁ ist beispielsweise eine Fotodiode und der Empfänger 62 ₂ ist beispielsweise ein lichtempfindlicher Transistor.
Im Normalbetrieb des Schaltwandlers gemäß 13 ist ein Strom I_opto-diode durch die Fotodiode abhängig von einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vout und einer Zielspannung bzw. Sollspannung. Hierzu ist ein Regler, insbesondere ein PI-Regler an einen Anschluss der Fotodiode 62 ₁ angeschlossen. Der Regler erzeugt eine Ausgangsspannung V64, die abhängig ist von der Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vout und der Sollspannung, wobei diese Spannung den Strom I_opto-diode durch die Fotodiode 62 ₁ bewirkt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 umfasst der PI-Regler einen Spannungsregler 64, der in Reihe zu der Fotodiode 62 ₁ geschaltet ist, und einen Widerstand 65, wobei die Reihenschaltung mit dem Regler 64, der Fotodiode 62 ₁ und dem Widerstand 65 zwischen den Ausgangsanschluss und ein primärseitiges Referenzpotential geschaltet ist. Der Spannungsregler 64 ist beispielsweise ein Shunt-Regler, wie beispielsweise ein integrierter Shunt-Regler TL431 von Fairchild Semiconductor Corporation. Der Spannungsregler erzeugt seine Ausgangsspannung V64 an einem Schaltungsknoten, der der Fotodiode 62 ₁ und dem Spannungsregler 64 gemeinsam ist. Ein Eingang des Spannungsreglers 64 ist an die Ausgangsanschlüsse des Schaltwandlers über einen Spannungsteiler mit einem ersten Widerstand 63 ₁ und einem zweiten Widerstand 63 ₂ gekoppelt. Der Schaltungsknoten, der dem Spannungsregler 64 und der Fotodiode 62 ₁ gemeinsam ist, ist an einen Angriffspunkt des Spannungsteilers 63 ₁, 63 ₂ über ein RC-Netzwerk 66 angeschlossen. Das RC-Netzwerk 66 umfasst eine Reihenschaltung mit einem ersten Kondensator C_c1 und einem ersten Widerstand R_c4 und einen zweiten Kondensator, der parallel zu dem ersten Widerstand R_c4 geschaltet ist. Optional umfasst das RC-Netzwerk 66 einen weiteren Widerstand R_c1, der parallel zu der Fotodiode 62 ₁ und dem Widerstand 65 geschaltet ist. Bei diesem PI-Regler mit dem Spannungsregler 64, dem Spannungsteiler 63 ₁, 63 ₂ und dem RC-Netzwerk ist die Sollspannung eine Spannung, die intern in dem Spannungsregler erzeugt wird. Das Verwenden eines PI-Reglers, wie er in 13 dargestellt ist, ist nur ein Beispiel. Ein PI-Regler mit einer anderen Implementierung könnte ebenfalls verwendet werden.
Der Fototransistor 622 und der Rückkopplungswiderstand 60 erzeugen das Rückkopplungssignal SFB abhängig von dem Strom I_opto-diode durch die Fotodiode 62 ₂ und dadurch abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung Vout und der Sollspannung, um dadurch den Duty-Cycle des Ansteuersignals S_D abhängig von dieser Spannungsdifferenz zu regeln.
14 veranschaulicht schematisch ein Blockdiagramm der Regelschleife des Schaltwandlers gemäß 12. In diesem Diagramm bezeichnet Vref die Referenzspannung zum Regeln der Ausgangsspannung Vout des Schaltwandlers. K₆₄ ist die Übertragungsfunktion des Spannungsreglers 64, R_optp ist der Widerstandswert des Widerstands 65, der in Reihe zu der Fotodiode geschaltet ist, G_CTR ist die Stromverstärkung des Optokopplers 69, I_opto-diode ist der Strom durch die Fotodiode, i_opto-npn ist der Strom durch den Transistor des Optokopplers 69, R_FB ist der Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands 60, K_OTA ist die Verstärkung des Verstärkers 72, der das Strommesssignal verstärkt, R_sense ist der Widerstandwert des Messwiderstands 71 und G_power ist die Verstärkung der Leistungsstufe, wobei die Leistungsstufe den Schalter 2 umfasst.
Die Übertragungsfunktion des Schaltwandlers gemäß der 10 und 11 kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei f_cz die Schleifenfrequenz bei Null ist, f_cp die Schleifenfrequenz im Pol ist, f_Z die Frequenz der Leistungsstufe bei Null und f_P die Frequenz der Leistungsstufe im Pol ist.
Anhand von Gleichung (6) ist ersichtlich, dass der Widerstandswert R_FB des variablen Widerstands 60 die Verstärkung der Regelschleife beeinflusst, wobei es eine direkte Beziehung zwischen der Verstärkung und der Burstfrequenz gibt, wobei eine kleinere Verstärkung zu einer kleineren Burstfrequenz fb führt. Dadurch kann die Burstfrequenz reduziert werden, wenn der Widerstandswert R_FB des Rückkopplungswiderstands 60 reduziert wird. Obwohl Gleichung (6) die Übertragungsfunktion eines speziellen Schaltwandlers zeichnet, ist die Abhängigkeit der Übertragungsfunktion von dem Widerstandswert R_FB des Rückkopplungswiderstands 60 unabhängig von der speziellen Art des Schaltwandlers, so dass die nachfolgende Erläuterung für jede Art von Schaltwandlern in entsprechender Weise gilt.
15 veranschaulicht schematisch die Beziehung zwischen der Verstärkung der Regelschleife und der Burstfrequenz. In 15 ist eine normierte Verstärkung anhängig von einer normierten Burstfrequenz dargestellt. Wie anhand von 15 ersichtlich ist, reduziert sich die Burstfrequenz, wenn die Verstärkung reduziert wird. Bezugnehmend auf Gleichung (6) kann die Burstfrequenz reduziert werden, wenn die Verstärkung durch Reduzieren des Widerstandswerts R_FB des Rückkopplungswiderstands 60 reduziert wird.
16 zeigt eine Tabelle, in der normierte Burstfrequenzen abhängig von einem Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands (in kΩ) dargestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt eine Variation des Widerstandswerts des Rückkopplungswiderstands zwischen 15,5 kΩ und 4,2 kΩ zu einer Variation der normierten Burstfrequenz zwischen 1 und 0,45.
Der Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands 60 wird beispielsweise durch die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50, die in 5 dargestellt ist, eingestellt. Diese Burstbetrieb-Steuerschaltung kann dazu ausgebildet sein, die Anzahl der auszulassenden Ansteuerzyklen auszuwählen und/oder den Widerstandswert des Rückkopplungswiderstands 60 einzustellen. Bezugnehmend auf 5 kann die Burstbetrieb-Steuerschaltung 50 ein Widerstandssteuersignal S50₄ erzeugen, das dem variablen Widerstand 60 (in 5 nicht dargestellt) zugeführt ist, um den Rückkopplungswiderstand R_FB einzustellen.
Beide Verfahren, nämlich Auslassen oder Ausblenden von Ansteuerimpulsen und Variieren des Rückkopplungswiderstandes können in Kombination verwendet werden, um die Burstfrequenz fb auf besonders effektive Weise zu reduzieren.
17 veranschaulicht schematisch ein Verfahren, bei dem das Auslassen von Ansteuerimpulsen und die Variation des Rückkopplungswiderstandes kombiniert sind, um die Burstfrequenz einzustellen. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass die Anfangs-Burstfrequenz oberhalb einer ersten Frequenzschwelle fb_TH1 liegt, die beispielsweise etwa 1,8kHz beträgt. Bei diesem Verfahren wird die Burstfrequenz bei einem Schritt 101 gemessen und die Anzahl x von Ansteuerimpulsen, die ausgelassen werden, wird von Burstzyklus zu Burstzyklus in den Schritten 102, 103, 104 erhöht, bis die Burstfrequenz unterhalb der ersten Frequenzschwelle fb_TH1 (vgl. Schritt 102) liegt oder bis die Anzahl der auszulassenden Pulse einen Maximalwert (vgl. Schritt 104) erreicht. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 17 beträgt die maximale Anzahl x von Pulsen, die ausgelassen werden können, 6. Die Anzahl x von Ansteuerimpulsen, die ausgelassen werden können, kann von Burstzyklus zu Burstzyklus eingestellt werden, wobei ein Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine Burst-Aus-Periode aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird x nur nach einer Anzahl von m Burstzyklen, mit m > 1, eingestellt.
Wenn die Burstfrequenz fb unterhalb der ersten Frequenzschwelle fb_TH1 ist oder wenn die maximale Anzahl von auszulassenden Pulsen erreicht wurde, geht das Verfahren mit den Schritten 105, 106, 107 weiter, bei denen der Rückkopplungswiderstandswert R_FB erhöht wird, bis die Burstfrequenz fb unterhalb einer zweiten Frequenzschwelle fb_TH2 liegt, die unterhalb der ersten Frequenzschwelle fb_TH1 liegt. Die zweite Frequenzschwelle fb_TH2 ist beispielsweise 1kHz. Bei diesem Verfahren gibt es mehrere verschiedene Widerstandwerte, wie beispielsweise vier verschiedene Widerstandswerte R_FB0, R_FB1, R_FB2 und R_FB3 wie in 13 dargestellt, wobei "R_FB range + 1" in Schritt 106 bedeutet, dass der nächst kleinere Widerstandswert gewählt wird. Wenn die Burstfrequenz fb unterhalb der zweiten Frequenzschwelle fb_TH2 liegt, wird die Burstfrequenz in einem Schritt 108 mit einer dritten Frequenzschwelle fb_TH3 verglichen, die unterhalb der zweiten Frequenzschwelle fb_TH2 liegt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die dritte Schwelle etwa 400Hz. Wenn die Burstfrequenz fb nicht unterhalb der dritten Schwelle fb_TH2 liegt, endet das Verfahren zum Anpassen der Burstfrequenz im Schritt 109.
Wenn allerdings die Burstfrequenz auch unterhalb der dritten Frequenzschwelle fb_TH3 liegt, ist es wünschenswert, die Burstfrequenz wieder zu erhöhen. Hierzu geht das Verfahren bei Schritt 110 weiter, bei dem der Rückkopplungswiderstand R_FB ausgewertet wird. Wenn der Rückkopplungswiderstand R_FB nicht den höchstmöglichen Wert (R_FB = R_FB0) aufweist, wird im Schritt 111 der nächst höhere Widerstandswert ausgewählt, um die Burstfrequenz zu erhöhen, und das Verfahren kehrt zu Schritt 101 am Beginn zurück, wo die Burstfrequenz fb gemessen wird.
Wenn allerdings der Rückkopplungswiderstand R_FB den höchst möglichen Wert aufweist, geht das Verfahren im Schritt 112 weiter, wo die Anzahl x der auszulassenden Impulse ausgewertet wird. Wenn die Anzahl der auszulassenden Impulse Null ist, endet das Verfahren, da weder der Widerstandswert R_FB des Rückkopplungswiderstands erhöht werden kann, noch die Anzahl der auszulassenden Impulse weiter reduziert werden kann, um die Burstfrequenz zu erhöhen. Wenn die Anzahl der auszulassenden Impulse nicht Null ist, geht das Verfahren im Schritt 112 weiter, wo die Anzahl der auszulassenden Impulse reduziert wird, und das Verfahren kehrt zu Schritt am Beginn zurück.
Bei jedem der zuvor erläuterten Verfahren erfordert das Auswerten der Burstfrequenz fb, um die Anzahl der auszulassenden Impulse und/oder den widerstandwert des Rückkopplungswiderstands anzupassen, wenigstens eine Burst-Periode, so dass Änderungen der Anzahl der auszulassenden Impulse und/oder der Widerstandswert des Rückkopplungswiderstandes bei einer Frequenz auftreten können, die der momentanen Burstfrequenz entspricht, oder die geringer ist als die Burstfrequenz.
Merkmale, die zuvor im Zusammenhang mit nur einem Ausführungsbeispiel erläutert wurden, können selbstverständlich auch mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden, selbst wenn dies zuvor nicht explizit erwähnt wurde.

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Schaltelements in einem Schaltwandler, der eine Ausgangsspannung (Vout) erzeugt, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen eines Rückkopplungssignals (SFB), das von der Ausgangsspannung (Vout) abhängig ist; Ansteuern des Schaltelements (2) während mehrerer aufeinander folgender Burstzyklen, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement während der Burst-Ein-Periode mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist; Ermitteln einer Burstfrequenz (fb), wobei das Ermitteln der Burstfrequenz (fb) das Auswerten der Dauer wenigstens eines Burstzyklus aufweist; und Einstellen einer effektiven Schaltfrequenz in wenigstens einem Burstzyklus abhängig von der ermittelten Burstfrequenz (fb).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die effektive Schaltfrequenz reduziert wird, wenn die ermittelte Burstfrequenz (fb) oberhalb einer Frequenzschwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Frequenzschwelle 1kHz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schaltelement (1) abhängig von einem Ansteuersignal (S_D) ein- und ausgeschaltet wird, wobei das Erzeugen des Ansteuersignals (S_D) während einer Burst-Ein-Periode aufweist: Bereitstellen eines periodischen Signals, das ein Ein-Impulse aufweist, und Erzeugen des Ansteuersignals (S_D) aus dem periodischen Signal, wobei die effektive Schaltfrequenz durch Auslassen von Ein-Impulsen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das periodische Signal aufeinander folgende Impulssequenzen aufweist, wobei jede Impulssequenz n Ein-Impulse aufweist, wobei n > 1, und bei dem das Einstellen der effektiven Schaltfrequenz das Auslassen von x Impulsen in jeder Impulssequenz aufweist, wobei x < n.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem n = 7.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin aufweist: Erzeugen des Rückkopplungssignals (S_FB) unter Verwendung eines variablen Widerstands (60); und Variieren eines Widerstandswerts des Widerstands (60) abhängig von der ermittelten Burstfrequenz (fb).
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin aufweist. Reduzieren der effektiven Schaltfrequenz bis die Burstfrequenz (fb) unterhalb einer ersten Frequenzschwelle (fb_TH1) liegt; und Reduzieren des Widerstandswerts bis die Burstfrequenz (fb) unterhalb einer zweiten Frequenzschwelle (fb_TH2) liegt, die kleiner als die erste Schwelle (fb_TH1) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin aufweist: nach Reduzieren des Widerstandswerts, Erhöhen der Schaltfrequenz, wenn die Burstfrequenz (fb) unterhalb einer dritten Frequenzschwelle (fb_TH3) liegt, die unterhalb der zweiten Frequenzschwelle (fb_TH2) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltwandler ein Sperrwandler ist.
Controller zum Ansteuern eines Schaltelements (2) in einem Schaltwandler, wobei der Controller aufweist: einen Eingangsanschluss zum Zuführen eines Rückkopplungssignals (S_FB); einen Ausgangsanschluss zum Bereitstellen eines Ansteuersignals (S_D); wobei der Controller dazu ausgebildet ist, das Schaltelement (2) in mehreren aufeinander folgenden Burstzyklen anzusteuern, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement (2) während der Burst-Ein-Periode mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist, eine Burstfrequenz (fb) zu ermitteln, wobei das Ermitteln der Burstfrequenz das Auswerten einer Dauer wenigstens eines Burstzyklus umfasst, und eine effektive Schaltfrequenz in wenigstens einem Burstzyklus abhängig von der ermittelten Burstfrequenz einzustellen.
Controller nach Anspruch 11, bei dem die effektive Schaltfrequenz reduziert wird, wenn die ermittelte Burstfrequenz (fb) oberhalb eines Frequenzschwellenwertes liegt.
Controller nach Anspruch 12, bei dem die Frequenzschwelle 1kHz beträgt.
Verfahren zum Ansteuern eines Schaltelements (2) in einem Schaltwandler, der eine Ausgangsspannung (Vout) erzeugt, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen eines Rückkopplungssignals (S_FB), das abhängig von der Ausgangsspannung (Vout) ist, unter Verwendung eines variablen Widerstands (60); Ansteuern eines Schaltelements (2) in mehreren aufeinander folgenden Burstzyklen, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement (2) während der Burst-Ein-Periode mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist; Ermitteln einer Burstfrequenz, wobei das Ermitteln der Burstfrequenz das Auswerten einer Dauer des wenigstens einen Burstzyklus aufweist; und Variieren eines Widerstandswerts des Widerstands (60) abhängig von der ermittelten Burstfrequenz (fb).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Widerstandswert reduziert wird, wenn die Burstfrequenz (fb) oberhalb eines vorgegebenen Frequenzschwellenwertes liegt.
Controller zum Ansteuern eines Schaltelements (2) in einem Schaltwandler, wobei der Controller aufweist: einen Eingangsanschluss zum Zuführen eines Rückkopplungssignals (S_FB); einen ersten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen eines Ansteuersignals (S_D); einen zweiten Ausgangsanschluss zum Einstellen eines Widerstandswerts des Rückkopplungswiderstands (60); wobei der Controller dazu ausgebildet ist, das Schaltelement in mehreren aufeinander folgenden Burstzylen anzusteuern, wobei jeder Burstzyklus eine Burst-Ein-Periode und eine nachfolgende Burst-Aus-Periode aufweist, wobei das Schaltelement (2) während der Burst-Ein-Periode mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet wird und während der Burst-Aus-Periode ausgeschaltet ist, eine Burstfrequenz (fb) zu ermitteln, wobei das Ermitteln der Burstfrequenz (fb) das auswerten einer Dauer wenigstens eines Burstzyklus aufweist, den Widerstandswert des Widerstands (60) abhängig von der ermittelten Burstfrequenz (fb) zu variieren.