DE102013009820A1 - Vorrichtung zur unterdrückung elektromagnetischer störemissionen - Google Patents

Vorrichtung zur unterdrückung elektromagnetischer störemissionen Download PDF

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Abstract

Ein System, ein Gerät und ein Verfahren zur Unterdrückung von EMI Emissionen, das die Unterdrückung der durch Hochfrequenzschalten einer schaltenden Schaltung erzeugten EMI über den Transfer der Emissionen höherer Harmonischer in einen Frequenzbereich unterhalb der normalen EMI Bandbreite von weniger als 150 kHz durch Einbringung von Niederfrequenzmodulation oder Jitter in die Rückführung eines Schaltsignals der schaltenden Schaltung ermöglicht. Die EMI Unterdrückung wird mit minimaler zusätzlicher Welligkeit auf dem Ausgangssignal der schaltenden Schaltung erreicht, unter Verwendung diskontinuierlicher Modulationen derart, dass die Niederfrequenzmodulation nur dann aufgebracht wird, wenn der Schalter oder das höhere Harmonische erzeugende Element der schaltenden Schaltung auf die Hauptstromversorgung zugreift oder Strom aus dieser bezieht.

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Patentanmeldung beansprucht nach 35 U.S.C. 119 (e) die Priorität der gleichzeitig anhängigen vorläufigen US-Anmeldung, laufende Nummer 61/658,245, eingereicht am 11. Juni 2012, mit dem Titel „Electromagnetic Interference Emission Suppressor”. Die vorläufige US-Anmeldung, laufende Nummer, ist durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in diese Anmeldung eingeschlossen.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Stromversorgungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Leistungswandlersystem mit modulierter Steuerung.
  • HINTERGRUND
  • Für jede an ein Stromversorgungsnetz angeschlossene elektrische Vorrichtung besteht die Anforderung, dass sie das Netz nicht mit Hochfrequenzstörungen „verunreinigt” oder solche Störungen auf das Netz überträgt. Die Menge der für elektrische Vorrichtungen zulässigen elektrischen Emissionen ist durch die Federal Communications Commission (FCC) streng geregelt. Bei herkömmlichen Ausgestaltungen von Stromversorgungen ist man zur Verwendung höherer Betriebsfrequenzen übergegangen, da höhere Betriebsfrequenzen eine Reduzierung der Größe der Stromversorgungsbauteile und eine Reduzierung der Kosten ermöglichen. Der Nachteil des Betriebs mit höheren Frequenzen ist die vermehrte Erzeugung höherer Harmonischer oder elektromagnetischer Störung (EMI).
  • Herkömmliche Verfahren zur Reduzierung der EMI zielen auf die Reduzierung einer Schaltfrequenz einer schaltenden Schaltung unterhalb der normalen EMI-Bandbreitengrenzen von 150 kHz entsprechend den Festlegungen der FCC ab. Diese Lösung hat den Nachteil der Vergrößerung magnetischer Bauteile in einer Stromversorgung. Andere Verfahren zur Reduzierung der EMI umfassen einfach die Hinzufügung zusätzlicher Filterbauteile zur Reduzierung von Harmonischen mit unerwünschten Frequenzen. Diese zweite Lösung hat den Nachteil einer Zunahme des Gewichts, der Größe und der Kosten von Stromversorgungen. Eine weitere Lösung zur Reduzierung großer Spitzen von Harmonischen oder EMI ist die Verwendung einer Snubberschaltung. Die Snubberschaltung bewirkt zwar eine Reduzierung der EMI, beeinträchtigt jedoch den Wirkungsgrad eines Leistungswandlers. Bei noch einer anderen Lösung erfolgt die Reduzierung der EMI durch die Verwendung von Jitter, der ein diskretes harmonisches Spektrum nimmt und die EMI über einen kontinuierlichen Frequenzbereich verteilt. Bei herkömmlichen Systemen erfolgt die Verwendung von Jitter durch die Einspeisung von Störungen in eine Gate-Ansteuereinheit oder Steuervorrichtung des Wandlers. Die Einspeisung von Störungen in die Gate-Ansteuereinheit des Wandlers hat den Nachteil der Verzerrung des Ausgangsspannungssignals. Weiterhin wird bei der Einspeisung von Störungen direkt in eine Gate-Ansteuereinheit nur auf die ansteigenden und abfallenden Flanken des Wandlerschaltsignals Jitter aufgebracht. Weil der Jitter über die Perioden des Schaltsignals hinweg kontinuierlich ist, außerhalb der Bandbreite des Verstärkers liegt und außerhalb der Regelschleife der schaltenden Schaltung eingespeist wird, verursacht er darüber hinaus eine unerwünschte hohe Welligkeit auf der Ausgangsleistung der schaltenden Schaltung. Demzufolge werden durch die kontinuierliche Einspeisung von Jitter direkt in die Gate-Ansteuereinheit bei herkömmlichen Leistungswandlern der Wirkungsgrad der Rückführschleife und andere Merkmale, darunter das Schalten auf Nullspannung und die Abtastung des Schaltsignals, behindert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein System, ein Gerät und ein Verfahren zur Unterdrückung von EMI-Emissionen umfassen ein Frequenzmodulationselement, das die Frequenz eines Schaltelements moduliert, wenn das Schaltelement Strom aus der Hauptstromversorgung bezieht, um EMI-Emissionen auf die Hauptstromversorgung zu reduzieren. Das Frequenzmodulationselement stellt die Modulation ein, wenn das Schaltelement keinen Strom aus der Hauptstromversorgung bezieht, um die Welligkeit auf der Last zu reduzieren. Dadurch kann das System zur Unterdrückung von EMI-Emissionen die EMI-Emissionen auf die Hauptstromversorgung minimieren, während gleichzeitig keine übermäßige Welligkeit auf die Last abgegeben wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung, nicht der Einschränkung der Erfindung. Die Zeichnungen umfassen folgende Figuren:
  • 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines Systems zur Unterdrückung von EMI gemäß einigen Ausführungsformen.
  • 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Systems zur Unterdrückung von EMI gemäß einigen Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterdrückung von EMI-Emissionen. Dem Fachmann ist klar, dass die nachstehende detaillierte Beschreibung des Systems, der Vorrichtung und des Verfahrens zur Unterdrückung von EMI-Emissionen lediglich der Veranschaulichung dient und in keiner Weise einschränkend sein soll. Für den Fachmann, dem diese Offenbarung vorliegt, sind andere Ausführungsformen des Systems, der Vorrichtung und des Verfahrens zur Unterdrückung von EMI-Emissionen offensichtlich.
  • Nachstehend wird näher auf Ausführungen des Systems, der Vorrichtung und des Verfahrens zur Unterdrückung von EMI-Emissionen entsprechend den Darstellungen in den beigefügten Zeichnungen eingegangen. In den Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung werden zur Bezugnahme auf die gleichen oder ähnliche Teile durchgängig die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Routinemerkmale der hierin beschriebenen Ausführungen gezeigt und beschrieben. Es ist natürlich klar, dass bei der Entwicklung jeder solchen tatsächlichen Ausführung zahlreiche ausführungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die jeweiligen Ziele des Entwicklers, wie z. B. die Einhaltung anwendungs- und wirtschaftsbezogener Einschränkungen, zu erreichen, und dass diese jeweiligen Ziele von einer Ausführung zur anderen und von einem Entwickler zum anderen variieren. Es ist darüber hinaus klar, dass ein solches Entwicklungsunterfangen komplex und zeitaufwändig sein könnte, für den Fachmann, dem diese Offenbarung vorliegt, jedoch dennoch eine ingenieurtechnische Routineaufgabe wäre.
  • Hierin sind Ausführungsformen eines Systems, einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Unterdrückung von EMI-Emissionen beschrieben. Durch das System, die Vorrichtung und das Verfahren zur Unterdrückung von EMI kann die durch das Hochfrequenzschalten einer schaltenden Schaltung erzeugte EMI durch den Transfer der Emissionen höherer Harmonischer in einen Frequenzbereich unterhalb der normalen EMI-Bandbreite von weniger als 150 kHz unterdrückt werden. Der Transfer der Emissionen höherer Harmonischer wird durch die Einbringung von Niederfrequenzmodulation oder Jitter in die Rückführung eines Schaltsignals der schaltenden Schaltung erreicht. Weiterhin kann diese EMI-Unterdrückung mit minimaler zusätzlicher Welligkeit auf denn Ausgangssignal erreicht werden, indem diskontinuierliche Modulationen verwendet werden, derart dass die Niederfrequenzmodulation nur dann aufgebracht wird, wenn der Schalter oder das die höheren Harmonischen erzeugende Element der schaltenden Schaltung auf die Hauptstromversorgung zugreift oder Strom aus dieser bezieht. Also wird bei Verbindung mit der Hauptstromversorgung die Niederfrequenzmodulation aufgebracht, um die ansteigenden und abfallenden Flanken der Schaltimpulse der schaltenden Schaltung zu beeinflussen und dadurch die EMI-Störungen von der schaltenden Schaltung auf die Hauptstromversorgung wesentlich zu reduzieren. Umgekehrt wird, wenn kein Zugriff auf die Hauptstromversorgung oder Bezug von Strom aus dieser erfolgt, die Niederfrequenzmodulation ausgesetzt, um die Welligkeit auf der Ausgangsleistung der schaltenden Schaltung wesentlich zu reduzieren.
  • 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines Systems zur Unterdrückung von EMI 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Entsprechend der Darstellung in 1 umfasst das System 100 eine Stromversorgung 102, ein Schaltelement 104, eine Ausgangsschaltung 106, ein Rückführelement 108 und ein Frequenzmodulationselement 110. Die Stromversorgung 102 ist mit dem Schaltelement 104 verbunden, das mit der Ausgangsschaltung 106 elektrisch verbunden ist. Das Rückführelement 108 ist zwischen der Last 106 und dem Frequenzmodulationselement 110 elektrisch geschaltet, wobei Letzteres mit dem Schaltelement 104 elektrisch verbunden ist. Alternativ kann das Rückführelement 108 direkt zwischen der Ausgangsschaltung 106 und dem Schaltelement 104 geschaltet sein und/oder das Frequenzmodulationselement 110 kann mit dem Schaltelement 104, dem Rückführelement 108 oder beiden elektrisch verbunden sein.
  • Die Stromversorgung 102 kann eine Wechselstromversorgung, wie z. B. eine Hauptleitung oder einen Steckverbinder, umfassen. Alternativ kann die Stromversorgung 102 eine Gleichstromversorgung umfassen. Das Schaltelement 104 kann eine Leistungswandlerschaltung, wie z. B. einen Sperrwandler, umfassen. Alternativ kann das Schaltelement 104 andere Arten von Schaltungen umfassen, die Schaltelemente umfassen oder auf andere Weise EMI-Emissionen erzeugen. Beispielsweise kann das Schaltelement 104 einen Eintaktflusswandler, einen Gegentaktwandler, einen Halbbrückenwandler, einen Vollbrückenwandler und/oder andere Ausgestaltungen von Schaltnetzteilen, wie auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt, umfassen. Das Frequenzmodulationselement 110 kann einen Signal- oder Taktimpulsgenerator umfassen. Alternativ kann das Frequenzmodulationselement 110 andere Signalerzeugungs- oder -modulationselemente umfassen, die in der Lage sind, Niederfrequenzjitter auf ein Signal aufzubringen, wie sie auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt sind. In einigen Ausführungsformen kann das Frequenzmodulationselement 110 mit dem Schaltelement 104, der Ausgangsschaltung 106 und/oder dem Rückführelement 108 integriert sein, so dass eine einzige integrierte Schaltung ausgebildet ist. Alternativ kann das Frequenzmodulationselement 110 eine einzelne integrierte Schaltung umfassen, die mit einer oder mehreren separaten Schaltung(en), wie z. B. dem Schaltelement, der Ausgangsschaltung und/oder den Rückführschaltungen, verbunden sein kann. Dadurch kann das Frequenzmodulationselement 110 den Vorteil einer Verbindung mit vorhandenen integrierten Schaltungen bereitstellen, um deren EMI-Unterdrückungseigenschaften zu verbessern.
  • In Betrieb verbindet sich das Schaltelement 104 periodisch mit der Stromversorgung 102 oder bezieht Strom von dieser und liefert ein(e) gewünschte(s) Ausgangsspannung/-signal an eine mit der Ausgangsschaltung 106 verbundene Last. Das Rückführelement 108 erfasst die Ausgangsspannung Vout oder einen repräsentativen Wert der Ausgangsspannung Vout und stellt die Ausgangsleistung des Schaltelements 104 ein, um die Ausgangsspannung Vout in einem gewünschten Bereich zu halten, und regelt dadurch die Ausgangsspannung Vout. In einigen Ausführungsformen stellt das Rückführelement 108 den Tastgrad des Schaltelements 104 ein, um die Ausgangsspannung Vout zu steuern. Das Frequenzmodulationselement 110 erkennt, wann das Schaltelement 104 Strom aus der Stromversorgung 102 bezieht oder mit dieser verbunden ist, und bringt Niederfrequenzmodulation oder Jitter auf das vom Rückführelement 108 empfangene Signal auf, so dass die durch das Schaltelement 104 verursachte und auf die Stromversorgung 102 wirkende EMI minimiert wird. Das Frequenzmodulationselement 110 erkennt auch, warm das Schaltelement 104 keinen Strom aus der Stromversorgung 102 bezieht oder nicht direkt mit dieser verbunden ist, und stoppt oder beendet die Aufbringung von Niederfrequenzmodulation oder Jitter auf das Schaltelementsignal, um die Welligkeit auf der/dem an die Last angelegten Ausgangsspannung/-signal zu minimieren. In einigen Ausführungsformen erfolgen die Erkennung und Modulation durch das Frequenzmodulationselement 110 innerhalb der Rückführschleife des Schaltelements 104. Dadurch wird der Jitter nur aufgebracht, wenn das Schaltelement 104 mit der Stromversorgung 102 verbunden ist, und das System 100 kann die Menge an vom Schaltelement 104 auf die Stromversorgung 102 übertragener EMI minimieren, während auch die Menge an Welligkeit, die vom Jitter des Frequenzmodulationselements 110 auf die/das Ausgangsspannung/-signal aufgebracht wird, minimiert wird.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Systems zur Unterdrückung von EMI 200 gemäß einigen Ausführungsformen. Das schematische Diagramm ähnelt im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Funktionsblockdiagramm, mit Ausnahme der hierin beschriebenen zusätzlichen Details. Es versteht sich jedoch, dass zur Umsetzung der Funktionsblöcke von 1 alternative Schemata verwendet werden können. Entsprechend der Darstellung in 2 umfasst das System zur Unterdrückung von EMI 200 eine Stromversorgung 202, ein Schaltelement 204, eine Ausgangsschaltung 206, ein Rückführelement 208 und ein Frequenzmodulationselement 210. Das System 200 ist so ausgestaltet, dass es ein Wechselspannungssignal empfängt und eine geregelte Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout bereitstellt, die für viele Niederspannungsgeräte, wie z. B. Computer-Laptops, Mobiltelefone und andere Vorrichtungen, geeignet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsspannung Vout im Bereich von 5–40 V liegen. Alternativ kann die Ausgangsspannung Vout geringer als 5 V oder größer als 40 V sein. In einigen Ausführungsformen ist das System 200 auf einer einzigen integrierten Schaltung enthalten. Alternativ kann/können eines oder mehrere der Bauteile des Unterdrückungssystems 200 separate integrierte Schaltungen sein, so dass das System 200 durch mehrere, elektrisch miteinander verbundene integrierte Schaltungen ausgebildet ist.
  • Die Stromversorgung 202 umfasst ein Wechselstromnetz-Stromsignal, das mit einem Gleichrichter 212 elektrisch verbunden ist, um eine ungeregelte Gleichstrom-Eingangsspannung Vin zu erzeugen, die mit dem Schaltelement 204 sowie dem Rückführelement 208 elektrisch verbunden ist. Die Ausgangsschaltung 206 umfasst eine Diode D1 und einen Kondensator C1. Alternativ kann die Ausgangsschaltung 206 eine Ausgangsgleichrichterschaltung umfassen, die einen Einweg- oder Vollweggleichrichter umfasst. Das Rückführelement 208 stellt eine Rückführspannung Vfb bereit, die für die Ausgangsspannung Vout repräsentativ ist. Das Frequenzmodulationselement 210 umfasst den Signalgenerator oder Taktimpulsgenerator 222 und einen oder mehrere Puffer 216. Das Schaltelement 204 umfasst einen Transformator T1, einen Transistor 218, einen oder mehrere Widerstand/Widerstände R1, R2, R3, eine Steuervorrichtung 214, eine Summierungsvorrichtung 220 und einen oder mehrere Puffer 216. Alternativ können eines oder mehrere der Summierungsvorrichtung 220, der Steuervorrichtung 214 und/oder der Puffer 216 des Schaltelements 204 ein Teil des Frequenzmodulationselements 210 statt des Schaltelements 204 sein. Dies versteht sich in der Tat so, dass eines oder mehrere der Bauteile der Stromversorgung 202, des Schaltelements 204, der Ausgangsschaltung 206, des Rückführelements 208 und/oder des Frequenzmodulationselements 210 auf einem oder mehreren der anderen Elemente 202–210 angeordnet oder dupliziert sein können.
  • Ein erstes Ende des Transformators T1 ist zwischen der von der Stromversorgung 202 empfangenen Eingangsspannung Vin und dem Drain-Anschlusspunkt des Transistors 218 elektrisch geschaltet. Das zweite Ende des Transformators T1 ist über die Diode D1 und den Kondensator C1 der Ausgangsschaltung 206 elektrisch geschaltet. Der Source-Anschlusspunkt des Transistors 218 ist mit dem Rückführelement 208 und dem Widerstand R3 elektrisch verbunden, wobei Letzterer elektrisch mit Erde verbunden ist. Die Ausgangsleitung Q der Steuervorrichtung 214 ist über einen oder mehrere Puffer 216 mit dem Gate-Anschlusspunkt des Transistors 218 und dem Eingang des Signalgenerators 222 des Frequenzmodulationselements 210 elektrisch verbunden. Die Eingangsleitung S der Steuervorrichtung 214 ist über einen weiteren Puffer 216 mit dem Ausgang der Summierungsvorrichtung 220 elektrisch verbunden. Die Eingänge der Summierungsvorrichtung 220 sind mit dem Rückführelement 208, dem Ausgang des Signalgenerators 222 und einem Referenzspannungsknoten Vref elektrisch verbunden, wobei Letzterer sich zwischen den Widerständen R1 und R2 befindet, die in Reihe zwischen der Eingangsspannung Vin und Erde elektrisch geschaltet sind. Die Summierungsvorrichtung 220 kann ein Vergleicher, ein Fehlerverstärker oder eine andere Vorrichtung sein, die eine Differenz oder einen Fehler zwischen der Referenzspannung Vref und der Rückführspannung Vfb moduliert und so ein moduliertes Fehlersignal ausgibt. In einigen Ausführungsformen ist der Transformator T1 ein Zeilentransformator. Alternativ kann es sich bei dem Transformator T1 um andere Arten von Transformatoren oder lastisolierender Schaltungstechnik handeln, wie sie auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt sind. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Signalgenerator 222 ein Taktsignal mit einer vorgegebenen Frequenz, wie z. B. im Bereich von 2,0 bis 9,0 kHz. Alternativ kann die vorgegebene Frequenz kleiner als 2,0 kHz, größer als 9,0 kHz oder andere vorgegebene Frequenzen sein, wie auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt. In einigen Ausführungsformen ist der Transistor 218 ein Feldeffekttransistor, wie z. B. ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) vom n-Typ. Alternativ kann es sich bei dem Transistor 218 um andere Arten von Transistoren oder schaltender Schaltungstechnik handeln, wie sie auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt sind. Beispielsweise kann das Schaltelement 204 einen regelbaren Frequenzumrichter umfassen, so dass eine Betriebsbandbreite des Schaltelements 204 in Abhängigkeit von Ausgangsleistungsanforderungen des Systems 200 eingestellt werden kann. In einigen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung 214 ein SR-NOR-Latch-Flipflop. Alternativ kann es sich bei der Steuervorrichtung 214 um andere Arten von Flipflops, Pulsweitenmodulationsschaltungen oder Signallogikschaltungstechnik handeln, die in der Lage sind, den Tastgrad des Betriebs des Transistors 218 zu regeln, wie sie auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt sind.
  • In Betrieb gibt der Ausgang Q der Steuervorrichtung 214 des Schaltelements 204 ein Schaltsteuersignal oder Ansteuersignal an den Gate-Anschlusspunkt des Transistors 218 aus, das ein wiederholtes Ein- und Ausschalten des Transistors 218 bewirkt. Ist das Schaltsteuersignal hoch, aktiviert es den Kanal des Transistors 218, der einen Stromfluss von der Stromversorgung 202 durch die Primärwicklung des Transformators T und den Transistor 2181, durch die Rückführschleife 208 und durch den Widerstand R3 zur Erde bewirkt. Ist das Schaltsteuersignal niedrig, ist der Kanal des Transistors 218 deaktiviert, so dass ein Stromfluss durch den Transistor 218 und somit die Primärwicklung P1 verhindert wird; die Spannung über der Primärwicklung P1 wird hoch und es wird Leistung an die Ausgangsschaltung 206 übertragen. Die Summierungsvorrichtung 220 empfängt ein Rückführsignal vom Rückführelement 208 und vergleicht die Rückführspannung Vfb des Rückführsignals mit einer Referenzspannung Vref, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das dem Eingang S der Steuervorrichtung 214 zugeführt wird und den Tastgrad des Schaltsteuersignals so einstellt, dass eine gewünschte Ausgangsspannung Vout aufrechterhalten wird. Dadurch regelt das Schaltelement 204 die Ausgangsspannung Vout.
  • Ist das Schaltsteuersignal hoch, so dass das Schaltelement 204 auf die Stromversorgung 202 zugreift, gibt der Signalgenerator 222 ein Niederfrequenzmodulations- oder Jittersignal an die Summierungsvorrichtung 220 aus, so dass das Fehlersignal moduliert wird, und das modulierte Fehlersignal wird der Steuervorrichtung 214 zugeführt, so dass das entsprechende Schaltsteuersignal entsprechend dem Niederfrequenzmodulations-/Jittersignal moduliert wird. Dadurch wird die durch das Schaltelement 204 auf der Stromversorgung 202 verursachte EMI wesentlich reduziert, weil durch die Modulation des Schaltsteuersignals im Wesentlichen die EMI-Spitzen in der Schaltfrequenz genommen und über das Frequenzspektrum reduziert und verteilt werden. Ist das Schaltsteuersignal niedrig, so dass das Schaltelement 204 nicht länger auf die Stromversorgung zugreift und der Ausgangsschaltung 206 im Transformator T1 gespeicherte Leistung zugeführt wird, wird das Fehlersignal nicht länger mit dem Niederfrequenzmodulationssignal moduliert. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Signalgenerator 222 das Niederfrequenzmodulationssignal nur dann, wenn das Schaltelement 204 auf die Stromversorgung 202 zugreift. In anderen Ausführungsformen erzeugt der Signalgenerator 222 das Niederfrequenzmodulationssignal kontinuierlich, aber das Niederfrequenzmodulationssignal wird durch die Summierungsvorrichtung 220 nur dann zur Modulation des Fehlersignals verwendet, wenn das Schaltelement 204 auf die Stromversorgung 202 zugreift. Durch die selektive Modulation des Fehlersignals und damit die selektive Modulation des Schaltsteuersignals wird auch die durch das modulierte Schaltsteuersignal verursachte Welligkeit auf der Last minimiert. Demzufolge hat das System zur Unterdrückung von EMI-Emissionen 200 den Vorteil der Aufrechterhaltung einer maximalen Reduzierung der EMI, mit der die Stromversorgung 202 „verunreinigt” wird, während gleichzeitig die Welligkeit auf der Ausgangsschaltung 206 minimiert wird.
  • Das System, die Vorrichtung und das Verfahren zur Unterdrückung von EMI-Emissionen, die hierin beschrieben sind, haben viele Vorteile. Konkret minimiert das System die durch ein Schaltelement auf eine Stromversorgung abgegebenen EMI-Emissionen durch die Modulation der Frequenz des Schaltelements unter Verwendung von Niederfrequenzmodulation in einer Rückführschleife. Weiterhin minimiert das System die infolge der Niederfrequenzmodulation auf die Last abgegebene Welligkeit, indem eine diskontinuierliche Modulation erfolgt, bei der das Steuersignal nur dann moduliert wird, wenn das Schaltelement auf die Stromversorgung zugreift. Somit hat die hierin beschriebene Vorrichtung zur Unterdrückung von EMI-Emissionen zahlreiche Vorteile.
  • Das System, die Vorrichtung und das Verfahren zur Unterdrückung von EMI-Emissionen sind vorstehend mit Bezug auf die Modulation eines zur Regelung einer Ausgangsspannung verwendeten Steuersignals beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das System, die Vorrichtung und das Verfahren zur Unterdrückung von EMI-Emissionen alternativ für nicht regelnde Anwendungen angewendet werden können. Solche alternativen Anwendungen können ein Rückführelement umfassen oder nicht. Das Modulationssignal kann auf ein Referenz- oder anderes Signal aufgebracht werden, das vom Schaltelement zur Erzeugung des modulierten Steuersignals verwendet wird.
  • Die vorliegende Anmeldung wurde mit Bezug auf konkrete, Details beinhaltende Ausführungsformen beschrieben, um die Prinzipien des Aufbaus und Betriebs des Systems, der Vorrichtung und des Verfahrens zur Unterdrückung von EMI-Emissionen leichter verständlich zu machen. Viele der in den verschiedenen Figuren gezeigten und beschriebenen Bauteile können ausgetauscht werden, um die notwendigen Ergebnisse zu erreichen, und diese Beschreibung sollte so verstanden werden, dass sie einen solchen Austausch mit umfasst. Das heißt, die Bezugnahme auf konkrete Ausführungsformen und Details derselben hierin sollen den Schutzbereich der angefügten Ansprüche nicht einschränken. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass in den zur Veranschaulichung gewählten Ausführungsformen Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Anmeldung abzugehen.

Claims (21)

  1. Gerät, umfassend: a. Leistungswandlungsschaltung, die mit einer Stromversorgung verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass sie eine geregelt Ausgangsspannung abgibt, wobei die Leistungswandlungsschaltung ein Schaltelement umfasst, das so ausgestaltet ist, dass es selektiv Strom aus der Stromversorgung bezieht; und b. eine Steuervorrichtung, die mit dem Schaltelement verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass sie dem Schaltelement ein Ansteuersignal zuführt, wobei das Ansteuersignal gemäß einem Niederfrequenzmodulationssignal moduliert wird, wenn das Schaltelement Strom aus der Stromversorgung bezieht, und die Modulation gemäß dem Niederfrequenzmodulationssignal eingestellt wird, wenn das Schaltelement keinen Strom aus der Stromversorgung bezieht.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei das mit dem Niederfrequenzmodulationssignal modulierte Ansteuersignal die dem Schalten des Schaltelements entsprechenden Emissionen höherer Harmonischer wesentlich reduziert.
  3. Gerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Rückführelement, das mit der Steuervorrichtung verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass es der Steuervorrichtung eine für eine Ausgangsspannung repräsentative Rückführspannung zuführt.
  4. Leistungswandler zur Wandlung von durch eine Stromversorgung bereitgestellter Leistung und Bereitstellung einer geregelten Ausgangsspannung, wobei der Leistungswandler umfasst: a. einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung umfasst, wobei die Primärwicklung mit der Stromversorgung verbunden ist; b. eine Ausgangsschaltung, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die Ausgangsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie eine Ausgangsspannung abgibt; c. einen Schalter, der mit der Primärwicklung verbunden ist, wobei im EIN-Zustand des Schalters Strom aus der Stromversorgung bezogen wird und im AUS-Zustand des Schalters kein Strom aus der Stromversorgung bezogen wird; d. einen Signalgenerator, der so ausgestaltet ist, dass er ein Niederfrequenzmodulationssignal erzeugt; e. ein Rückführelement, das so ausgestaltet ist, das es ein für die Ausgangsspannung an der Ausgangsschaltung repräsentatives Rückführsignal bereitstellt; f. eine Modulationsschaltung, die mit dem Signalgenerator und dem Rückführelement verbunden ist, wobei die Modulationsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie eingangsseitig das Niederfrequenzmodulationssignal, das Rückführsignal und ein Referenzsignal empfängt und ein Fehlersignal ausgibt; und g. eine Steuerschaltung, die mit der Modulationsschaltung und dem Schalter verbunden ist, wobei die Steuerschaltung so ausgestaltet ist, dass sie das Fehlersignal empfängt und ein Ansteuersignal zur Ansteuerung des Schalters erzeugt, wobei weiterhin das Fehlersignal unter Verwendung des Niederfrequenzmodulationssignals moduliert wird, wenn Strom aus der Stromversorgung bezogen wird.
  5. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltung so ausgestaltet ist, dass sie das durch das Niederfrequenzmodulationssignal modulierte Fehlersignal zur Erzeugung des Ansteuersignals verwendet, um die Verbreitung von Harmonischen in einer Schaltfrequenz des Schalters wesentlich zu reduzieren.
  6. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei die Modulationsschaltung eine Summierungsschaltung umfasst.
  7. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei die Modulationsschaltung einen Fehlerverstärker umfasst.
  8. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei eine Frequenz des Niederfrequenzmodulationssignals im Bereich von 2 bis 9 kHz liegt.
  9. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltung so ausgestaltet ist, dass sie ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Steuerung eines Tastgrads des Schalters erzeugt.
  10. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei der Schalter einen Transistor umfasst.
  11. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei die Modulationsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie die Modulation des Fehlersignals unter Verwendung des Niederfrequenzmodulationssignals einstellt, wenn kein Strom aus der Stromversorgung bezogen wird.
  12. Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei der Signalgenerator so ausgestaltet ist, dass er die Erzeugung des Niederfrequenzmodulationssignals einstellt, wenn kein Strom aus der Stromversorgung bezogen wird.
  13. Leistungswandler zur Wandlung von durch eine Stromversorgung bereitgestellter Leistung und Bereitstellung einer geregelten Ausgangsspannung, wobei der Leistungswandler umfasst: a. eine Frequenzmodulationsschaltung, die so ausgestaltet ist, dass sie ein Niederfrequenzmodulationssignal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt; b. eine Summierungsschaltung, die mit der Frequenzmodulationsschaltung verbunden ist, wobei die Summierungsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie das Niederfrequenzmodulationssignal, ein Referenzsignal und ein Rückführsignal empfängt und ein Fehlersignal ausgibt; c. eine Steuerschaltung, die so ausgestaltet ist, dass sie das Fehlersignal der Summierungsschaltung empfängt und ein Ansteuersignal erzeugt; d. eine schaltende Schaltung, die so ausgestaltet ist, dass sie das Ansteuersignal empfängt, wobei das Fehlersignal unter Verwendung des Niederfrequenzmodulationssignals moduliert wird, wenn die schaltende Schaltung Strom aus der Stromversorgung bezieht; und e. eine Ausgangsschaltung, die mit der schaltenden Schaltung verbunden ist, wobei die Ausgangsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie das geregelte Spannungssignal ausgibt, wobei die Steuerschaltung das modulierte Fehlersignal verwendet, um die Verbreitung von Harmonischen in einer Schaltfrequenz der schaltenden Schaltung wesentlich zu reduzieren.
  14. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die vorgegebene Frequenz eine Frequenz im Bereich von 2 bis 9 kHz umfasst.
  15. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung so ausgestaltet ist, dass sie ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Steuerung eines Tastgrads der schaltenden Schaltung erzeugt.
  16. Leistungswandler nach Anspruch 13, weiterhin umfassend ein Rückführelement, das so ausgestaltet ist, dass es das Rückführsignal der Summierungsschaltung zuführt, wobei das Rückführsignal für eine Ausgangsspannung an der Ausgangsschaltung repräsentativ ist.
  17. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Summierungsschaltung einen Operationsverstärker umfasst.
  18. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die schaltende Schaltung einen Transistor umfasst.
  19. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Frequenzmodulationsschaltung einen Signalgenerator umfasst.
  20. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Summierungsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie die Modulation des Fehlersignals unter Verwendung des Niederfrequenzmodulationssignals einstellt, wenn die schaltende Schaltung keinen Strom aus der Stromversorgung bezieht.
  21. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Frequenzmodulationsschaltung so ausgestaltet ist, dass sie die Erzeugung des Niederfrequenzmodulationssignals einstellt, wenn die schaltende Schaltung keinen Strom aus der Stromversorgung bezieht.
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