DE102014003629A1

DE102014003629A1 - Adaptive einstellung von ausgangswelligkeit in einer totzone

Info

Publication number: DE102014003629A1
Application number: DE102014003629.4A
Authority: DE
Inventors: Alfredo Medina-Garcia
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104113194A; US20140266081A1

Abstract

Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Totzone, wobei die Amplitude eines Schwingungssignals bestimmt wird, und wobei die Totzone basierend auf der Amplitude des Schwingungssignals eingestellt wird.

Description

HINTERGRUND
Die Ausführungsformen hierin beziehen sich auf Lösungen und Anwendungen, bei denen Schwingungssignale (auch als „Welligkeit” bezeichnet) in einem Ausgangssignal erwartet werden. Diese Welligkeit kann zum Zweck der Leistungsfaktorkorrektur (PFC) verwendet werden. Ferner betreffen die Ausführungsformen hierin insbesondere das Gebiet der digitalen PFC oder PFC-Steuereinheiten.
KURZDARSTELLUNG
Eine erste Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Totzone, wobei die Amplitude eines Schwingungssignals bestimmt wird, und wobei die Totzone basierend auf der Amplitude des Schwingungssignals eingestellt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze oder mit einer Untergrenze bestimmt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze bestimmt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl bestimmt wird, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder anzeigt, wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone entweder vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten wird, basierend auf der Anzahl, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder nicht erreicht oder überschritten wird und anzeigt, wie oft die Untergrenze erreicht oder nicht erreicht oder unterschritten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer bestimmt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorbestimmte Dauer länger als ein Zeitraum des Schwingungssignals ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorbestimmte Dauer länger als 1,5-mal die Periode des Schwingungssignals ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorbestimmte Dauer kürzer als 2-mal die Periode des Schwingungssignals ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorbestimmte Dauer so bestimmt wird, dass ausreichend Informationen gesammelt werden, um zu entscheiden, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass

– die Totzone als ein Band zwischen einer Untergrenze und einer Obergrenze bestimmt wird,
– die Totzone vergrößert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet und die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone vergrößert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze für zumindest eine erste Anzahl von Malen erreicht oder überschreitet oder die Untergrenze für zumindest eine zweite Anzahl von Malen erreicht oder unterschreitet.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die erste Anzahl von Malen und die zweite Anzahl von Malen identisch oder unterschiedlich sind.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone verkleinert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze und die Untergrenze nicht erreicht. Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone in jedem anderen Fall gleich gehalten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone verkleinert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze für weniger als eine erste Anzahl von Malen erreicht oder überschreitet und die Untergrenze für weniger als eine zweite Anzahl von Malen erreicht oder unterschreitet. Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone in jedem anderen Fall gleich gehalten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die erste Anzahl von Malen und die zweite Anzahl von Malen identisch oder unterschiedlich sind.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer bestimmt wird, wobei für jede solche Dauer bestimmt wird, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorbestimmte Dauer länger als ein Zeitraum des Schwingungssignals ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorbestimmte Dauer flexibel eingestellt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone unverändert bleibt,

– wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet, aber die Untergrenze nicht erreicht oder unterschreitet; oder
– wenn das Schwingungssignal die Obergrenze nicht erreicht, aber die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone schrittweise mit konstanten oder variablen Schrittgrößen eingestellt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Schrittgröße auf der Amplitude des Schwingungssignals basiert.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Schwingungssignal für Leistungsfaktorkorrekturzwecke verwendet wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Schwingungssignal durch eine Leistungsfaktorkorrektursteuereinheit bereitgestellt ist.
Die Weiterbildungen betreffend das vorstehend beschriebene Verfahren gelten für die anderen Anspruchskategorien, insbesondere im Hinblick auf die Gegenstände der weiteren unabhängigen Ansprüche entsprechend.
Eine zweite Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen einer Totzone, umfassend eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um die Amplitude eines Schwingungssignals zu bestimmen und die Totzone basierend auf der Amplitude des Schwingungssignals einzustellen.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen mit einer Obergrenze und/oder mit einer Untergrenze zu bestimmen.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl zu bestimmen, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer zu bestimmen, die insbesondere länger ist als ein Zeitraum des Schwingungssignals.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um

– die Totzone als ein Band zwischen einer Untergrenze und einer Obergrenze zu bestimmen,
– die Totzone zu vergrößern, falls das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet und die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Totzone zu verkleinern, falls das Schwingungssignal die Obergrenze und die Untergrenze nicht erreicht.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um

– die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer zu bestimmen, und
– für jede solche Dauer zu bestimmen, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Totzone gleich zu halten,

– wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet, aber die Untergrenze nicht erreicht oder unterschreitet,
– wenn das Schwingungssignal die Obergrenze nicht erreicht, aber die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.

Auch ist eine Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung vorgesehen, umfassend mindestens eine Vorrichtung wie hierin beschrieben.
Eine dritte Ausführungsform betrifft eine Steuereinheit, umfassend eine Totzonen-Funktion und einen Totzonen-Band-Adapter zum Einstellen einer Obergrenze und einer Untergrenze der Totzonen-Funktion. Die Totzonen-Funktion stellt ein Fehlersignal zum Einstellen einer Übertragungsfunktion bereit.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Übertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion einer Anlage oder eines Systems ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Übertragungsfunktion zum Steuern eines Leistungsfaktors eingestellt ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass ein Ausgangssignal der Übertragungsfunktion mit einem Referenzsignal verglichen und das Resultat des Vergleichs in die Totzonen-Funktion eingespeist wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Totzone basierend auf dem Ausgangssignal eingestellt wird und dass das Ausgangssignal ein Schwingungsausgangssignal ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass

– die Totzone basierend auf der Amplitude des Ausgangssignals eingestellt wird,
– die Amplitude des Ausgangssignals durch Vergleichen mit der Obergrenze und mit der Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl bestimmt wird, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer bestimmt wird, die insbesondere länger ist als ein Zeitraum des Schwingungssignals.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eine PI-Steuereinheit umfasst, wobei das Ausgangssignal der Totzonen-Funktion über die PI-Steuereinheit übertragen wird, um die Übertragungsfunktion einzustellen.
Eine vierte Ausführungsform ist auf eine Leistungsfaktorkorrekturssteuereinheit ausgerichtet, umfassend eine Spannungssteuerungsschleife, die durch die Spannung eines Ausgangssignals gespeist wird, einen Impulsbreitenmodulator der mit der Spannungssteuerungsschleife verbunden ist, ein Nullstromdetektionselement, das mit dem Impulsbreitenmodulator verbunden ist, und ein Stromabfühlelement, das mit dem Impulsbreitenmodulator verbunden ist. Der Impulsbreitenmodulator steuert zumindest einen Schalter an, um eine Welligkeit des Ausgangssignals zu formen, indem eine Totzone basierend auf der Amplitude des Ausgangssignals eingestellt wird.
Das Formen der Welligkeit umfasst insbesondere das Zentrierthalten der Welligkeit um eine vorbestimmte Markierung, z. B. 0, um ein gewünschtes Signal (z. B. V_BUS) und einen Leistungsfaktor aufrechtzuerhalten. In dieser Hinsicht können die Grenzen der Totzone zugleich und in demselben Ausmaß erweitert und eingeschränkt werden.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen mit einer Obergrenze und/oder mit einer Untergrenze zu bestimmen.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals durch den Vergleich mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl zu bestimmen, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer zu bestimmen, die insbesondere länger ist als ein Zeitraum des Schwingungssignals.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um

– die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer zu bestimmen und
– für jede solche Dauer zu bestimmen, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Totzone gleich zu halten,

– wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet, aber die Untergrenze nicht erreicht oder unterschreitet, oder
– wenn das Schwingungssignal die Obergrenze nicht erreicht, aber die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.

Eine fünfte Ausführungsform betrifft ein System zum Einstellen einer Totzone, das ein Mittel zum Einstellen der Amplitude eines Schwingungssignals und Mittel zum Einstellen der Totzone basierend auf der Amplitude des Schwingungssignals umfasst.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Mittel zum Bestimmen der Amplitude des Schwingungssignals die Amplitude durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und/oder mit einer Untergrenze bestimmt.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Mittel zum Bestimmen der Amplitude des Schwingungssignals die Amplitude durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl bestimmt, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Mittel zum Bestimmen der Amplitude des Schwingungssignals die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer bestimmt, die insbesondere länger ist als ein Zeitraum des Schwingungssignals.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das System ferner umfasst: Mittel zum Einstellen der Totzone als ein Band zwischen einer Untergrenze und einer Obergrenze, und Mittel zum Vergrößern der Totzone, falls das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet und die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das System ferner umfasst: Mittel zum Verkleinern der Totzone, falls das Schwingungssignal die Obergrenze und die Untergrenze nicht erreicht.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das System ferner umfasst: Mittel zum Einstellen der Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer und Bestimmen für jede solche Dauer, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das System nach ferner umfasst: Mittel zum Gleichhalten der Totzone,

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gezeigt und veranschaulicht. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung des Grundprinzips, sodass nur jene Aspekte veranschaulicht werden, die für das Verständnis des Grundprinzips erforderlich sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen werden ähnliche Merkmale mit denselben Referenzzeichen gekennzeichnet.
1 zeigt ein Beispiel einer Totzonen-basierten Steuereinheit.
2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zur Visualisierung verschiedener Totzonen-Funktionalitäten.
3 zeigt eine schematische Darstellung zur Visualisierung einer Kurve einer adaptiven Totzone, wobei die Totzone basierend auf einem Schwingungssignal, z. B. einer Ausgangswelligkeit mit variierender Amplitude, angepasst werden kann.
4 zeigt eine schematische Darstellung, umfassend ein Ausgangssignal, das über verschiedene Zeitschlitze hinweg variiert.
5 zeigt ein Fallszenario eines beispielhaften Einsatzes einer Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Anwendung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorgestellte Lösung betrifft insbesondere Anwendungen, bei denen ein Schwingungssignal (hierin als auch Welligkeit bezeichnet) in einem Ausgangssignal erwartet wird. Die Welligkeit kann von variierender Amplitude sein und eine Steuereinheit kann zum Einstellen einer Totzone bereitgestellt sein, die an die Amplitude der Welligkeit im Ausgangssignal anzupassen ist.
Dieser Ansatz kann insbesondere auf dem Gebiet der Leistungsfaktorkorrektur (PFC) unter Verwendung einer digitalen Steuerung von Schaltnetzteilen, insbesondere universeller Eingangsleistungsfaktorkorrektoren, verwendet werden. Um die Verzerrung des Eingangsstroms gering zu halten, sollte die Änderung eines emulierten Widerstands nicht durch eine Ausgangskondensatorwelligkeit beeinflusst werden, bevorzugt nicht einmal bei Harmonischen der Zeilenfrequenz. In einem stationären Zustand kann eine Fehlerverstärkungs-Verstärkung, wenn ein kleiner Fehler vorliegt, gering sein, und die Ausgangsspannungswelligkeit hat womöglich keine signifikanten Auswirkungen auf die Stromschleife. Im Fall von Transienten kann der Fehler große Ausmaße annehmen und die Fehlerverstärkungs-Verstärkung kann erhöht werden, um die Antwortgeschwindigkeit zu verbessern.
Die hierin vorgestellte Lösung gestattet das Anpassen der Totzone an eine Welligkeitsamplitude.
In den Steuereinheiten wird eine Totzonen- oder eine Totzonenband-Funktionalität verwendet. 1 zeigt ein Beispiel für eine Totzonen-basierte Steuereinheit. Dies ermöglicht es einem System, in einem definierten Ausgangssignalbereich zu arbeiten, ohne jegliches Eingreifen durch die Steuereinheit. Überschreitet ein System eine Obergrenze oder unterstreitet es eine Untergrenze, kann dies durch die Totzonen-Funktion detektiert werden, z. B. durch Ausgeben eines Fehlersignals. Die hierin beschriebene Grenze ist auch als Schwelle zu verstehen.
Ein Referenzsignal 101 wird in ein Kombinationselement 102 gespeist, z. B. einen Mischer oder Addierer eingespeist. Das Ausgangssignal des Kombinationselements 102 wird in eine Totzonen-Funktion 103 eingespeist, die ein Ausgangssignal 104, insbesondere ein Fehlersignal, für eine PID-Steuereinheit 106 bereitstellt (d. h. eine Steuereinheit, die einen Proportional-(P-), einen Integrations-(I-) und einen Differential-(D-)Teil umfasst). Alternativ dazu kann statt der PID-Steuereinheit 106 eine PI-Steuereinheit verwendet werden. Die PID-Steuereinheit 106 führt ein Steuersignal 109 einer Anlagen-Übertragungsfunktion 107 zu, die ein Ausgangssignal 108, z. B. eine Spannung für z. B. einen Wandler (oder eine sonstige Last) bereitstellt. Das Ausgangssignal 104 wird auch einem Totzonen-Band-Adapter 105 zugeführt, der z. B. einen Zeitschlitz oder ein Zeitfenster der Totzone einstellt und dadurch die Totzonen-Funktion 103 über eine Verbindung 110 steuert.
Außerdem wird das Ausgangssignal der Anlagen-Übertragungsfunktion 107 dem Kombinationselement 102 zugeführt (siehe Verbindung 112), wo sie insbesondere vom Referenzsignal 101 subtrahiert werden kann. Optional kann eine Störung 111 Auswirkungen auf die Anlagen-Übertragungsfunktion 107 haben.
Die oben beschriebenen Bauteile mit Ausnahme der Anlagen-Übertragungsfunktion 107 können in einer Steuereinheit 100 umgesetzt werden.
Nach dem Systemstart ist ein V_BUS-Referenzsignal 101 verfügbar und die Totzone der Totzonen-Funktion 103 wird auf 0 eingestellt, die PID-Steuereinheit 106 reagiert auf das Fehlersignal 104 (d. h. die Differenz zwischen dem über die Verbindung 112 zugeführten Signal und dem Referenzsignal 101), bis das Ausgangssignal 108 an das Referenzsignal 101 angepasst ist. Anschließend stellt der Totzonen-Band-Adapter 105 seine Grenzen auf die tatsächliche Welligkeit ein (z. B. werden beide Grenzen zugleich und in demselben Ausmaß erweitert).
Während der Laufzeit können Störungen 111 (z. B. Veränderungen der Zufuhrspannung V_AC oder Lastveränderungen) eine Abweichung des Ausgangssignals 108 vom gewünschten Wert zur Folge haben, was zu einem Fehler 104 führt, der von der PID-Steuereinheit 106 korrigiert werden kann. Gemäß einer solchen Lösung muss das V_BUS-Signal nicht gefiltert werden, sondern es wird stattdessen die Totzone eingestellt.
In einer aktiven PFC-Anwendung ist eine Welligkeit des V_BUS-Signals notwendig, um einen guten Leistungsfaktor aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise wird die PID-Steuereinheit 106 insbesondere erst dann aktiv, wenn das Ausgangssignal 104 der Totzonen-Funktion 103 einen Fehler in Bezug auf ein Verlassen der Totzone anzeigt z. B. eine Überschreitung der Obergrenze und eine Unterschreitung einer Untergrenze der Totzone für eine vorbestimmte Anzahl von Malen (siehe weiter unten für nähere Einzelheiten). Die Obergrenze und die Untergrenze können basierend auf Lastzuständen festgelegt werden. Es können auch dynamische Grenzen verwendet werden.
2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zur Visualisierung verschiedener Totzonen-Funktionalitäten. Das Ausgangssignal 104 kann zumindest teilweise eine Obergrenze 201 der Totzone überschreiten (siehe Kurve 203), innerhalb der Obergrenze 201 und einer Untergrenze 202 liegen (siehe Kurve 204) oder zumindest teilweise die Untergrenze 202 unterschreiten (siehe Kurve 205). Die Kurven 203 bis 205 stellen z. B. verschiedene Möglichkeiten einer Spannung V_BUS dar.
Diese Grenzen können überwacht werden und gestatten es dem System, innerhalb eines definierten Ausgangssignalbands zu arbeiten, d. h. innerhalb eines von der Obergrenze 201 und der Untergrenze 202 definierten Bandes, oder auf sonstige Weise ein Fehlersignal über das Ausgangssignal 104 anzuzeigen.
Das Fehlersignal, d. h. das Ausgangssignal 104, kann als Differenz zwischen dem V_BUS-Signal, das als Referenz 101 bereitgestellt ist, und der näheren Grenze berechnet werden, wenn das Signal die Totzone verlässt.
Dieses Szenario gilt z. B. für Anwendungen mit einer erforderlichen Ausgangssignals-Welligkeit, z. B. Aktiv-Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Anwendungen.
3 zeigt eine schematische Darstellung zur Visualisierung einer Kurve 301 einer adaptiven Totzone. Basierend auf einem Schwingungssignal 302, z. B. einer Ausgangssignals-Welligkeit mit variierender Amplitude wird die Totzone 301 mit der Zeit angepasst.
Die vorgestellte Lösung ermöglicht insbesondere ein flexibles Einstellen einer Totzone. Es ist zum Beispiel anzunehmen, dass die Ausgangssignals-Welligkeit in einem bekannten Bereich liegt. Darüber hinaus kann ein Tiefpassfilter verwendet werden, um Hochfrequenzrauschen zu beseitigen, die erwartete Welligkeit jedoch zu bewahren.
Es kann ein Zeitschlitz durch eine Dauer von zwischen 1,5 und 2 Perioden des Welligkeits-Signals definiert werden:

– Wenn in dem Zeitschlitz das Ausgangssignal beide Grenzen der Totzone verlässt (z. B. die Obergrenze erreicht oder überschreitet und die Untergrenze erreicht oder unterschreitet), wird die Totzone vergrößert, insbesondere indem sie zentriert gehalten wird, z. B. in Bezug zu 0.
– Wenn in dem Zeitschlitz keine Grenze der Totzone erreicht wird (d. h. das Ausgangssignal bleibt innerhalb des durch die Untergrenze und die Obergrenze definierten Bereichs), wird die Totzone verkleinert, insbesondere indem sie zentriert gehalten wird, z. B. in Bezug zu 0.
– In jedem sonstigen Fall bleibt die Totzone unverändert.

Die Totzone kann als ein Band zwischen der Untergrenze und der Obergrenze vergrößert werden. Eine Option ist auch, die Grenzen um denselben Wert zu verändern. Dementsprechend kann die Totzone verkleinert werden, indem das von der Untergrenze und der Obergrenze bestimmte Band verringert wird; dies kann erreicht werden, indem die Untergrenze erhöht und/oder Obergrenze gesenkt wird, insbesondere in demselben Ausmaß.
4 zeigt eine schematische Darstellung, umfassend ein Ausgangssignal 401, das im Zuge verschiedener Zeitschlitze 402 bis 405 variiert. Es sind ferner eine Obergrenze 406 und eine Untergrenze 407 (die auch als Schwellen bezeichnet werden können) gezeigt.
Während des Zeitschlitzes 402 überschreitet das Ausgangssignal 401 die Obergrenze 406 und unterschreitet die Untergrenze 407. Dies führt zu einer größeren Totzone im darauffolgenden Zeitschlitz 403, d. h. die Obergrenze ist erhöht und die Untergrenze verringert.
Während des Zeitschlitzes 403 erreicht das Ausgangssignal 401 die Obergrenze 406 oder die Untergrenze 407 nicht. Dies führt zu einer kleineren Totzone im darauffolgenden Zeitschlitz 404, d. h. die Obergrenze ist verringert und die Untergrenze ist erhöht. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Vergrößerung und/der Verkleinerung der Totzone schrittweise erfolgen kann, d. h. mit vorbestimmter Schrittgröße. Außerdem kann das Einstellen der Totzone durch adaptive oder flexible Größen, z. B. basierend auf das Ausmaß, um das die Band während eines Zeitschlitzes oder während mehrerer Zeitschlitze für zu klein oder zu groß erachtet wird.
Während des Zeitschlitzes 404 überschreitet das Ausgangssignal 401 die Obergrenze 406, erreicht oder unterschreitet die Untergrenze 407 jedoch nicht. Aus diesem Grund bleibt die Totzone im darauffolgenden Zeitschlitz 405 unverändert.
Während des Zeitschlitzes 405 übersteigt das Ausgangssignal 401 die Obergrenze 406, erreicht oder unterschreitet die Untergrenze 407 jedoch nicht. Aus diesem Grund bleibt die Totzone im darauffolgenden Zeitschlitz (in 4 nicht gezeigt) unverändert.
Günstigerweise wird die Dauer des Zeitschlitzes so eingestellt, dass genügend Informationen gesammelt werden können, um zu beschließen, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten wird.
Ist die Dauer des Zeitschlitzes zu kurz (z. B. wesentlich kürzer als ein Zeitraum oder ein Schwingungssignal), wird die Totzone nicht verkleinert, selbst wenn beide Grenzen erreicht werden, da die Totzone womöglich in verschiedenen Zeitschlitzen erreicht wird. Andererseits kann, wenn die Dauer des Zeitschlitzes zu lang ist, dies zu einer (unnötigen) Vergrößerung der Totzone führen oder das Zurückkehren der Totzone zu einer kleineren Größe verhindern, was zu einem Steuerungsverlust führen würde (Instabilität).
Zum Beispiel könnte das Einstellen der Totzone basierend auf der Anzahl von Überschreitungen, d. h., die Anzahl von Malen, die das Ausgangssignal die Obergrenze oder die Untergrenze erreicht oder überschreitet. Es existieren zahlreiche Möglichkeiten zur Umsetzung eines solchen Ansatzes, z. B.:

– Die Totzone wird vergrößert, wenn das Ausgangssignal zweimal oder mehr an die Obergrenze oder die Untergrenze stößt.
– Die Totzone wird vergrößert, wenn das Ausgangssignal zumindest zweimal an die Obergrenze und zumindest einmal an die Untergrenze stößt.
– Die Totzone wird vergrößert, wenn das Ausgangssignal zumindest einmal an die Obergrenze und zumindest zweimal an die Untergrenze stößt.
– Die Totzone wird vergrößert, wenn beide Grenzen in zwei aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen übertreten werden.

Es ist daher eine Option, die Totzone zu verkleinern, falls das Ausgangssignal weniger als eine erste Anzahl von Malen die Obergrenze und/oder weniger als eine zweite Anzahl von Malen die Untergrenze übertritt. Tritt das Ausgangssignal zumindest eine dritte Anzahl von Malen über die Obergrenze und/oder zumindest ein viertes Mal über die Untergrenze, kann die Totzone vergrößert werden. Die erste und die dritte Anzahl von Malen kann dieselbe oder eine andere sein, ebenso wie die zweite und vierte Anzahl von Malen.
Dementsprechend können Szenarien mit verschiedenen Zahlen des Erreichens der Ober- und/oder Untergrenze umgesetzt werden.
5 zeigt ein beispielhaftes Fallszenario einer Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Anwendung.
Ein Wechselstrom-Eingangssignal 501 mit einer Spannung V_IN und einem Strom I_IN wird an einem Kondensator 508 über eine Induktivitätsspule 502 einem Gleichrichter 503 mit einem Kondensator 504 an seinem Ausgang zugeführt. Der Gleichrichter 503 führt einem Knoten 506 ein Gleichstrom-Signal über die Primärwicklung eines Transformators 505 zu. Der Knoten 506 ist über eine Diode 507 mit einem Knoten 524 verbunden, wobei die Kathode der Diode 507 auf den Knoten 524 zeigt. Eine Ausgangssignal-Bus-Spannung V_BUS wird über den Knoten 524 zugeführt. Der Knoten 524 ist über einen Kondensator 509 an Masse gelegt. Darüber hinaus ist der Knoten 524 über einen Widerstand 510 mit einem Knoten 512 verbunden; der Knoten 512 ist über einen Widerstand 513 an Masse gelegt. Der Knoten 512 ist über einen Kondensator 514 an Masse gelegt. Der Knoten 512 ist ferner mit einem Pin PFCVS einer Steuereinheit 511 verbunden.
Der Knoten 506 ist mit dem Drain eines MOSFET 518 verbunden. Die Source des MOSFET 518 ist über einen Widerstand 517 an Masse gelegt. Die Source des MOSFET 518 ist auch mit einem Pin PFCCS der Steuereinheit 511 verbunden. Das Gatter des MOSFET 518 ist über einen Widerstand 516 mit einem Pin PFCGD der Steuereinheit 511 verbunden.
Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit Masse, die durch den Gleichrichter 503 definiert ist, auf seiner einen Seite und über einen Widerstand 515 mit einem Pin PFCZCD der Steuereinheit 511 auf seiner anderen Seite verbunden.
Die Steuereinheit 511 umfasst eine Spannungssteuerungsschleife 519, ein Hystereseelement 520, z. B. einen Schmitt-Trigger, eine Impulsbreitenmodulationseinheit 523 (auch als PWM-Einheit bezeichnet), einen Gatetreiber 521 und ein Vergleichselement 522 (z. B. einen Komparator). Der Pin PFCVS ist über die Spannungssteuerungsschleife 519 mit der PWM-Einheit 523 verbunden. Der Pin PFCZCS ist über das Hystereseelement 520 mit der PWM-Einheit 523 verbunden. Die PWM-Einheit 523 steuert den MOSFET 518 über den Gatetreiber 521 und seinen Pin PFCGD. Der Pin PFCCS ist über das Vergleichselement 522 mit der PWM-Einheit 523 verbunden.
Über die Sekundärwicklung des Transformators 505 kann ein Nulldurchgang des Stroms durch die Steuereinheit 511 über ihren Pin PFCZCD detektiert werden. Über das Hystereseelement kann eine Dauer TON bestimmt werden, während derer ein Strom i1 durch die Primarseite des Transformators 505 zunimmt (wohingegen sie während einer Dauer T_OFF abnimmt), wie in der Überblicksdarstellung 525 gezeigt.
Ein Strom im Widerstand 517 kann durch die Steuereinheit 511 über den Pin PFCCS abgefühlt und durch das Vergleichselement 522 mit einer Schwelle verglichen werden. Das Spannungssignal im Knoten 524 wird durch die Steuereinheit 511 über ein PIN PFCVS detektiert, wobei das Spannungssignal V_BUS des Busses dem Pin PFCVS über einen Spannungsteiler, der die Widerstände 510 und 513 umfasst, zugeführt wird. Dadurch erhält die Steuereinheit 511 alle Informationen, um den MOSFET 518 wirksam zu steuern und die Totzone wie hierin beschrieben adaptiv einzustellen.
Die vorgestellte Lösung hat den Vorteil, dass eine adaptive Totzonen-Funktion wirksam bereitgestellt und z. B. über eine Steuereinheit umgesetzt werden kann. Die Lösung kann in Szenarien mit Schwingungssignalen, z. B. einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur, angewandt werden.
Somit wird ein adaptives, kosteneffizientes und flexibles Totzonen-Anpassungsmittel bereitgestellt, beispielsweise eine Steuereinheit, insbesondere eine PFC-Steuereinheit, die das Auswählen von Zeitschlitzen von fester oder variierender Länge (Dauer) ermöglicht, vorzugsweise etwas länger als ein Zeitraum des Schwingungssignals, und die sich an die die Amplitude des Schwingungssignals anpasst. Zum Beispiel kann das Totzonen-Band innerhalb der Untergrenze und der Obergrenze vergrößert werden, falls das Schwingungssignal an eine bestimmte Anzahl von Malen an die Obergrenze und die Untergrenze stößt. Optional kann das Totzonen-Band verkleinert werden, falls das Schwingungssignal nicht an die Obergrenze oder die Untergrenze stößt oder falls es weniger als eine vorbestimmte Anzahl von Malen an die die Obergrenze und/oder die Untergrenze stößt. Für die Obergrenze und/oder die Untergrenze kann eine verschiedene oder die gleiche Anzahl von Überschreitungen definiert werden, um zu bestimmen, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.
Das Schwingungssignal kann irgendein Signal sein, das für PF-Zwecke überwacht werden muss.
Zwar wurden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen offenbart, doch wird für Fachleute auf dem Gebiet der Technik ersichtlich sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile erreichen, ohne vom Geist und vom Schutzumfang des Gegenstands dieser Beschreibung und der Ansprüche abzuweichen. Für Fachleute wird offensichtlich sein, dass weitere Bauteile, die dieselben Funktionen durchführen, auf geeignete Weise ersetzt werden können. Es ist zu erwähnen, dass die in Bezug auf eine spezifische Zeichnung erklärten Merkmale mit Merkmalen von anderen Zeichnungen kombiniert werden können, sogar in jenen Fällen, in denen nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wurde. Ferner können die hierin beschriebenen Verfahren und sonstigen verschiedenen Umsetzungen unter Verwendung geeigneter Prozessoranweisungen in Software-Umsetzungen oder in Hybridumsetzungen erreicht werden, die eine Kombination von Hardware-Logik und Software-Logik verwenden, um zu denselben Ergebnissen zu gelangen. Solche Modifikationen des Konzepts der Erfindung sind als von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt zu betrachten.

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Totzone, umfassend: – Bestimmen der Amplitude eines Schwingungssignals, – Einstellen der Totzone basierend auf der Amplitude des Schwingungssignals.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze oder mit einer Untergrenze bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, bei dem die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl bestimmt wird, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder anzeigt, wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Totzone entweder vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten wird, basierend auf der Anzahl, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder nicht erreicht oder überschritten wird und anzeigt, wie oft die Untergrenze erreicht oder nicht erreicht oder unterschritten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Dauer länger als ein Zeitraum des Schwingungssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Dauer länger als 1,5-mal die Periode des Schwingungssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Dauer kürzer als 2-mal die Periode des Schwingungssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die vorbestimmte Dauer so bestimmt wird, dass ausreichend Informationen gesammelt werden, um zu entscheiden, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem die Totzone als ein Band zwischen einer Untergrenze und einer Obergrenze bestimmt wird, – bei dem die Totzone vergrößert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet und die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Totzone vergrößert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze für zumindest eine erste Anzahl von Malen erreicht oder überschreitet oder die Untergrenze für zumindest eine zweite Anzahl von Malen erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Anzahl von Malen und die zweite Anzahl von Malen identisch oder unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Totzone verkleinert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze und die Untergrenze nicht erreicht.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Totzone in jedem anderen Fall gleich gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Totzone verkleinert wird, wenn das Schwingungssignal die Obergrenze für weniger als eine erste Anzahl von Malen erreicht oder überschreitet und die Untergrenze für weniger als eine zweite Anzahl von Malen erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Totzone in jedem anderen Fall gleich gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Anzahl von Malen und die zweite Anzahl von Malen identisch oder unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer bestimmt wird und wobei für jede solche Dauer bestimmt wird, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die vorbestimmte Dauer länger als ein Zeitraum des Schwingungssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die vorbestimmte Dauer flexibel eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Totzone unverändert bleibt, – wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet, aber die Untergrenze nicht erreicht oder unterschreitet; oder – wenn das Schwingungssignal die Obergrenze nicht erreicht, aber die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Totzone schrittweise mit konstanten oder variablen Schrittgrößen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Schrittgröße auf der Amplitude des Schwingungssignals basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schwingungssignal für Leistungsfaktorkorrekturzwecke verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schwingungssignal durch eine Leistungsfaktorkorrektursteuereinheit bereitgestellt ist.
Vorrichtung zum Einstellen einer Totzone, umfassend eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um – die Amplitude eines Schwingungssignals zu bestimmen, – die Totzone basierend auf der Amplitude des Schwingungssignals einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen mit einer Obergrenze und/oder mit einer Untergrenze zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals durch Vergleichen des Schwingungssignals mit einer Obergrenze und mit einer Untergrenze und durch Bestimmen einer Anzahl zu bestimmen, die anzeigt, wie oft die Obergrenze erreicht oder überschritten wird und/oder wie oft die Untergrenze erreicht oder unterschritten wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer zu bestimmen, die insbesondere länger ist als ein Zeitraum des Schwingungssignals.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um – die Totzone als ein Band zwischen einer Untergrenze und einer Obergrenze zu bestimmen, – die Totzone zu vergrößern, falls das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet und die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Totzone zu verkleinern, falls das Schwingungssignal die Obergrenze und die Untergrenze nicht erreicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um – die Amplitude des Schwingungssignals für eine vorbestimmte Dauer zu bestimmen, und – für jede solche Dauer zu bestimmen, ob die Totzone vergrößert, verkleinert oder gleich gehalten werden soll.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Totzone gleich zu halten, – wenn das Schwingungssignal die Obergrenze erreicht oder überschreitet, aber die Untergrenze nicht erreicht oder unterschreitet, – wenn das Schwingungssignal die Obergrenze nicht erreicht, aber die Untergrenze erreicht oder unterschreitet.
Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung, umfassend zumindest eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 34.
Steuereinheit, – umfassend eine Totzonen-Funktion, – umfassend einen Totzonen-Band-Adapter zum Einstellen einer Obergrenze und einer Untergrenze der Totzonen-Funktion, – wobei die Totzonen-Funktion ein Fehlersignal zum Einstellen einer Übertragungsfunktion bereitstellt.
Steuereinheit nach Anspruch 36, wobei die Übertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion einer Anlage oder eines Systems ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 36 oder 37, wobei die Übertragungsfunktion zum Steuern eines Leistungsfaktors eingestellt ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 36 bis 38, wobei ein Ausgangssignal der Übertragungsfunktion mit einem Referenzsignal verglichen und das Resultat des Vergleichs in die Totzonen-Funktion eingespeist wird.
Leistungsfaktorkorrektursteuereinheit, – umfassend eine Spannungssteuerungsschleife, die durch eine Spannung eines Ausgangssignals gespeist wird, – umfassend einen Impulsbreitenmodulator, der mit der Spannungssteuerungsschleife verbunden ist, – umfassend ein Nullstromdetektionselement, das mit dem Impulsbreitenmodulator verbunden ist, – umfassend ein Stromabfühlelement, das mit dem Impulsbreitenmodulator verbunden ist, – wobei der Impulsbreitenmodulator zumindest einen Schalter ansteuert, um eine Welligkeit des Ausgangssignals zu formen, indem eine Totzone basierend auf einer Amplitude des Ausgangssignals eingestellt wird.