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Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein Wandlerschaltungsanordnungen und Umwandlungsverfahren.
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Wandler können verwendet werden, um Spannungen zu transformieren. Beispielsweise kann mit einem Tiefsetzsteller eine Eingangsgleichspannung (DC) in eine andere Ausgangsgleichspannung (DC) umgewandelt werden. Die Ausgangsspannung kann kleiner sein als die Eingangsspannung. Der Mittelwert der Ausgangsspannung kann durch Einstellen periodischer Öffnungs- und Schließzeiten eines Schalters verstellt werden. Wenn der Schalter geschlossen ist, baut sich ein Strom in einem Induktor auf und ein Strom fließt durch eine Last. Wenn der Schalter geöffnet wird, gestattet ein Freilaufbauelement dem Strom in dem Induktor, weiter zu fließen, und die Last wird mit in dem Induktor gespeicherter Energie versorgt. Ein Schutz vor einem Stromschlag kann dadurch erreicht werden, dass in elektrischen Schaltungen Funktionskleinspannungen (ELV – Extra Low Voltages) oder eine Schutzkleinspannung (SELV – Safety Extra Low Voltage) verwendet wird. Zu diesem Zweck kann auch eine Schutztrennung verwendet werden, beispielsweise in der Form einer Doppelisolierung, verstärkter Isolierung oder einer Schutzabschirmung. Falls das elektrische Potential irgendeines Leiters, einschließlich jener von Steuersignalen, gegen Masse nicht größer als 25 V RMS ist (35 Volt Spitze) für einen Wechselstrom oder 60 V für einen Gleichstrom und der Leckstrom nicht größer als 2 mA DC ist, wird möglicherweise keine Schutztrennung benötigt. Ein n-Kanal-MOSFET kann mit komplexer Ansteuerung als ein Niederspannungsschalter in einem Tiefsetzsteller verwendet werden. In diesem Fall ist die Last üblicherweise an das positive Potential der Eingangsspannung angeschlossen, während etwaige Kommunikationsschnittstellen (beispielsweise Temperaturmessungen) auf MOSFET-Sourcepotential bleiben. Falls die Wandlerausgabe die SELV-Anforderungen ohne Schutztrennung erfüllen soll, ist die maximal zulässige Eingangsspannung deshalb auf die maximale SELV-Spannung (60 V max) begrenzt. Die der Last zur Verfügung stehende Wandlerausgangsspannung wird dann in der Regel etwa 5 bis 50 V betragen. Die Wandlerausgangsspannungsbegrenzungen können überwunden werden, indem ein Hochspannungsschalter verwendet wird. Das Ansteuern eines Hochspannungsschalters ist jedoch komplizierter und führt zu höheren Kosten für Komponenten. Es ist wünschenswert, einen preiswerten SELV-kompatiblen Wandler mit einer Ausgangsspannung von bis zu 60 V bereitzustellen.
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Eine Wandlerschaltungsanordnung wird bereitgestellt, die einen Wandlerschaltercontroller, einen Wandlerschalter, eine Lastschaltungsschnittstelle und eine Stromspeichereinrichtung wie etwa einen Induktor enthält. Der Wandlerschaltercontroller kann einen Steuereingang enthalten. Der Wandlerschalter kann zwischen ein erstes Stromversorgungspotential und den Steuereingang gekoppelt sein. Der Induktor kann zwischen ein zweites Stromversorgungspotential und die Lastschaltungsschnittstelle gekoppelt sein. Die Lastschaltungsschnittstelle kann zwischen den Steuereingang und den Induktor gekoppelt sein.
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In einer Ausgestaltung kann der Steuereingang an einen Controllerrefenzpotentialknoten gekoppelt sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Controllerreferenzpotentialknoten an ein Controllerreferenzpotential, beispielsweise ein Massepotential, gekoppelt sein. In noch einer Ausgestaltung kann das Controllerreferenzpotential ein Referenzzpotential für mindestens ein Steuersignal des Controllers sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Wandlerschalter einen n-Kanal-Leistungstransistorschalter aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Wandlerschaltungsanordnung weiterhin aufweisen eine Stromversorgung, die konfiguriert ist zum Liefern des ersten Stromversorgungspotentials und des zweiten Stromversorgungspotentials. In noch einer Ausgestaltung kann der Wandlerschaltercontroller konfiguriert sein zum Empfangen eines ersten Hilfsstromversorgungspotentials und eines zweiten Hilfsstromversorgungspotentials als Wandlerschaltercontroller-Stromversorgungsspannung. In noch einer Ausgestaltung kann eines des ersten Hilfsversorgungspotentials und des zweiten Hilfsversorgungspotentials mit dem Controllerreferenzpotential verbunden sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Wandlerschaltercontroller einen programmierbaren Controller aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann keines des ersten Stromversorgungspotentials und des zweiten Stromversorgungspotentials mit einem gemeinsamen Potential verbunden sein. In noch einer Ausgestaltung kann die Wandlerschaltungsanordnung weiterhin aufweisen eine Diode oder einen Transistor, die konfiguriert sind zum Liefern eines Freilaufwegs für den durch den Induktor und die Lastschaltung fließenden Strom, wenn der Wandlerschalter offen ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Diode oder der Transistor zwischen das zweite Stromversorgungspotential und den Wandlerschalter gekoppelt sein. In noch einer Ausgestaltung kann die Diode oder der Transistor zwischen das zweite Stromversorgungspotential und den Referenzpotentialknoten gekoppelt sein. In noch einer Ausgestaltung kann die Wandlerschaltungsanordnung weiterhin eine Strommessstruktur aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Strommessstruktur konfiguriert sein zum Liefern eines Eingangssignals zum Steuereingang des Wandlerschaltercontrollers nur während einer Ein-Periode des Controllerschalters. In noch einer Ausgestaltung kann die Strommessstruktur konfiguriert sein zum Liefern eines Eingangssignals zum Steuereingang des Wandlerschaltercontrollers während einer Ein-Periode und Aus-Periode des Controllerschalters. In noch einer Ausgestaltung kann die Strommessstruktur einen Widerstand aufweisen, der zwischen den Steuereingang des Wandlerschaltercontrollers und die Lastschaltungsschnittstelle geschaltet ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Wandlerschaltungsanordnung weiterhin aufweisen eine an die Lastschaltungsschnittstelle gekoppelte Lastschaltung, wobei die Lastschaltung mit einem Massepotential verbunden ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Lastschaltung mindestens ein lichtemittierendes Bauelement aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Lastschaltung mehrere lichtemittierende Bauelemente aufweisen, wobei die lichtemittierenden Bauelemente der mehreren lichtemittierenden Bauelemente miteinander in Reihe geschaltet sind. In noch einer Ausgestaltung kann die Wandlerschaltungsanordnung weiterhin aufweisen eine Dämpfungsschaltung, die zwischen den Steuereingang des Wandlerschaltercontrollers und den Induktor gekoppelt ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Wandlerschaltungsanordnung weiterhin aufweisen mindestens eine Konfigurationsschnittstelle und/oder eine Temperaturschnittstelle.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Tiefsetzsteller bereitgestellt, der Folgendes aufweist: eine erste Versorgungsspannung, wobei die erste Versorgungsspannung bezüglich eines Referenzpotentials potentialfrei ist; eine auf das Referenzpotential referenzierte zweite Versorgungsspannung; einen n-Kanal-Transistorschalter, der zwischen ein erstes Potential der ersten Versorgungsspannung und das Referenzpotential gekoppelt ist; einen Induktor, der an ein zweites Potential der ersten Versorgungsspannung und über eine Lastschaltung an das Referenzpotential gekoppelt ist; einen Controller, der konfiguriert ist zum Betätigen eines n-Kanal-Transistorschalters, wobei der Controller von der zweiten Versorgungsspannung bestromt wird; und eine Freilaufschaltung, die konfiguriert ist zum Gestatten des Fließens eines Stroms durch den Induktor, wenn der n-Kanal-Transistorschalter nichtleitend ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Umwandeln einer ersten Spannung in eine zweite Spannung bereitgestellt, aufweisend: Bereitstellen einer ersten Versorgungsspannung, wobei die erste Versorgungsspannung bezüglich eines Referenzpotentials potentialfrei ist; Bereitstellen einer auf das Referenzpotential referenzierten zweiten Versorgungsspannung; Bereitstellen eines Schalters, der zwischen ein erstes Potential der ersten Versorgungsspannung und das Referenzpotential gekoppelt ist; Bereitstellen eines Induktors, der an ein zweites Potential der ersten Versorgungsspannung und über eine Lastschaltung an das Referenzpotential gekoppelt ist; Steuern des Schalters zum Steuern eines Stromflusses durch den Induktor; und Freilaufen eines Stroms durch den Induktor, wenn der Schalter offen ist.
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In einer Ausgestaltung kann der Schalter durch einen von der zweiten Versorgungsspannung bestromten Controller gesteuert werden. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren weiterhin aufweisen ein Verstellen eines Stroms durch die Lastschaltung in Abhängigkeit von einem gemessenen Strom und einem Zielstrom.
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In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszahlen allgemein in den verschiedenen Ansichten auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei allgemein stattdessen das Veranschaulichen der Prinzipien der Erfindung betont wird. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung;
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2 eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung und eines Verfahrens;
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3 eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung und
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4 eine modifizierte Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung.
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Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, die als Veranschaulichung spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, wie die Erfindung praktiziert werden kann.
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Unter dem Wort „beispielhaft” wird hier „als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend” verstanden. Jede Ausführungsform oder jedes Design, die hier als „beispielhaft” beschrieben werden, ist nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Designs bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung 100. Die Wandlerschaltungsanordnung 100 kann einen Wandlerschaltercontroller 102, einen Wandlerschalter 106, eine Lastschaltungsschnittstelle 110 und einen Induktor 112 enthalten. Der Wandlerschaltercontroller 102 kann einen programmierbaren Controller aufweisen, beispielsweise einen digital programmierbaren Controller. Der Wandlerschaltercontroller 102 kann einen Steuereingang 104 enthalten. Der Wandlerschalter 106 kann zwischen ein erstes Stromversorgungspotential V1 an einen Knoten 108 und den Steuereingang 104 gekoppelt sein. Der Wandlerschalter 106 kann einen oder mehrere Transistorschalter beinhalten. Der Transistorschalter 106 kann einen Leistungstransistorschalter beinhalten. Der Transistorschalter 106 kann einen Feldeffekttransistorschalter oder einen Bipolartransistorschalter oder einen IGBT-Schalter (Insulated Gate Bipolar Transistor) beinhalten. Der Transistorschalter 106 kann einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistorschalter beinhalten. Der Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistorschalter kann einen n-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistorschalter beinhalten. Der Induktor 112 kann zwischen ein zweites Stromversorgungspotential V2 an einem Knoten 114 und die Lastschaltungsschnittstelle 110 gekoppelt sein. Die Lastschaltungsschnittstelle 110 kann zwischen den Steuereingang 104 und den Induktor 112 gekoppelt sein. Die Lastschaltungsschnittstelle 110 kann verwendet werden, um eine Lastschaltung an die Wandlerschaltungsanordnung zu koppeln. Die Lastschaltung erfordert möglicherweise eine Spannung, die kleiner ist als die Spannung zwischen dem ersten Stromversorgungspotential V1 und dem zweiten Stromversorgungspotential V2. Die Lastschaltung kann eine beliebige Einrichtung sein, beispielsweise ein lichtemittierendes Bauelement. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung 200, beispielsweise eine Tiefsetzstelle, und ein Verfahren 201, beispielsweise zum Umwandeln einer ersten Spannung VS1 in eine zweite Spannung Vout bzw. in einen zweiten Strom Iout. Die zweite Spannung Vout kann kleiner sein als die erste Spannung VS1 und kann zum Ansteuern einer Lastschaltung verwendet werden. Sowohl die erste Spannung VS1 als auch die zweite Spannung Vout können Gleichspannungen (DC) sein mit jeweiligen Gleichströmen. Die zweite Spannung Vout kann eine SELV-Spannung sein und kann an einer Lastschaltungsschnittstelle 110 bereitgestellt werden. Die Wandlerschaltungsanordnung 200 kann gleich oder ähnlich der in 1 gezeigten Wandlerschaltungsanordnung 100 sein, so dass die entsprechende Beschreibung auch hier gelten kann. Bei 204 kann eine erste Versorgungsspannung VS1 bereitgestellt werden, die die erste Spannung sein kann. Die erste Versorgungsspannung VS1 kann bezüglich eines Referenzpotentials Vref potentialfrei sein. Mit anderen Worten besitzt die erste Versorgungsspannung VS1 keine feste Beziehung zum Referenzpotential Vref. Mit noch anderen Worten besitzen ein erstes Potential V1 der ersten Versorgungsspannung VS1 und auch ein zweites Potential V2 der ersten Versorgungsspannung VS1 keine konstante Spannungsdifferenz zum Referenzpotential Vref. Das Referenzpotential Vref kann beispielsweise ein Massepotential sein. Bei 206 kann eine zweite Versorgungsspannung VS2 bereitgestellt werden. Die zweite Versorgungsspannung VS2 kann auf das Referenzpotential Vref referenziert sein. Mit anderen Worten kann die zweite Versorgungsspannung VS2 eine feste Beziehung zum Referenzpotential Vref besitzen. Mit noch anderen Worten kann mindestens eines der Potentiale der zweiten Versorgungsspannung VS2 eine konstante Spannungsdifferenz zum Referenzpotential Vref besitzen. Beispielsweise kann sich eines der Potentiale der zweiten Versorgungsspannung VS2 auf dem gleichen Potential wie das Referenzpotential Vref befinden. Die zweite Versorgungsspannung VS2 kann zum Bestromen eines Wandlerschaltercontrollers 102, kurz als ein Controller bezeichnet, verwendet werden. Bei 208 kann ein Wandlerschalter 106, kurz als ein Schalter bezeichnet, bereitgestellt und zwischen das erste Potential V1 der ersten Versorgungsspannung VS1 und das Referenzpotential Vref gekoppelt sein. Bei 210 kann ein Induktor 112 bereitgestellt und zwischen das zweite Potential V2 der ersten Versorgungsspannung VS1 und, über eine mit einer Lastschaltungsschnittstelle 110 verbundene Lastschaltung, das Referenzpotential Vref gekoppelt sein. Bei 212 kann der Schalter 106 gesteuert werden, damit ein Strom IL durch den Induktor 112 und die Lastschaltung fließen kann. Der Schalter 106 kann durch einen Controller 102 gesteuert werden. Der Controller 102 kann durch die zweite Versorgungsspannung VS2 bestromt werden.
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Bei 214 kann der Schalter 106 offen sein und der in den Induktor 112 fließende Strom IL kann freilaufend sein. Mit anderen Worten kann ein Weg für den in dem Induktor 112, außer durch den Schalter 106, fließenden Strom IL bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Freilaufweg durch eine Diode 202 bereitgestellt werden, die in einer Sperrrichtung geschaltet – und somit nichtleitend – ist, wenn der Schalter 106 geschlossen ist, und in einer Durchlassrichtung geschaltet – und somit leitend – ist, wenn der Schalter 106 offen ist. Beispielsweise kann eine Anode der Diode 202 mit dem zweiten Potential V2 der ersten Versorgungsspannung VS1 verbunden sein, und eine Kathode kann mit dem Referenzpotential Vref verbunden sein. Auf diese Weise kann der Strom IL durch den Induktor weiter fließen, selbst wenn der Schalter 106 offen ist. Anstelle einer Diode 202 kann ein gesteuerter Transistor als ein Freilaufbauelement verwendet werden. Der Transistor kann gesteuert werden, einen Strom zu leiten, wenn der Schalter 106 offen ist, und kann gesteuert werden, Strom zu blockieren, wenn der Schalter 106 geschlossen ist. Er kann auf synchronisierte Weise, beispielsweise in Gegenphase, zum Schalter 106 betrieben werden. Der Controller 102 kann je nach einem gemessenen Strom und einem Zielstrom einen Strom durch den Induktor 112 und/oder die mit der Lastschaltungsschnittstelle 110 verbundene Lastschaltung verstellen. Der gemessene Strom kann ein Strom durch die mit der Lastschaltungsschnittstelle 110 verbundene Lastschaltung oder durch den Induktor 112 sein. Falls der gemessene Strom unter einem Zielstrom abfällt, kann der Controller den Schalter 106 für eine längere Zeit pro Periode als zuvor schließen. Falls der gemessene Strom über einen Zielstrom ansteigt, kann der Controller den Schalter 106 für eine längere Zeit pro Periode als zuvor öffnen.
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Der Controller kann durch die zweite Versorgungsspannung VS2 bestromt werden, die auf das Referenzpotential Vref referenziert ist. Alle Steuersignale zum Betreiben des Controllers, wie etwa VCC, GND, CS, MFIO, VDDP, TS in Verbindung mit 3 und 4 beschrieben, können bezüglich des Referenzpotentials Vref positiv sein. Die Lastschaltung kann mit dem Referenzpotential Vref und über den Induktor 112 mit dem zweiten Potential V2 der ersten Versorgungsspannung VS1 verbunden sein. Wegen der potentialfreien ersten Versorgungsspannung VS1 kann das zweite Potential V2 bezüglich des Referenzpotentials Vref negativ und das erste Potential V1 bezüglich des Referenzpotentials Vref positiv sein. Die Wandlereingangsspannung VS1 kann von der Converterausgangsspannung Vout entkoppelt sein. Die erste Versorgungsspannung VS1 kann deshalb größer als eine SELV-Spannung gewählt werden, beispielsweise kann sie größer als 60 V DC gewählt werden, beispielsweise kann sie 70 DC betragen. Sie kann groß genug gewählt werden, dass die Spannung Vout an der Lastschaltungsschnittstelle 110 die maximal zulässige SELV-Spannung ist, beispielsweise 60 V DC. Auf diese Weise werden etwaige Spannungsabfälle am Schalter 106 und am Induktor 112 kompensiert und die maximale SELV-Spannung steht an der Lastschaltungsschnittstelle 110 zur Verfügung. Weiterhin kann ein einfacher n-Kanal-Transistor ohne komplizierte Ansteuerung, das heißt, ohne eine Verschiebung zu einem anderen Spannungspegel, beispielsweise unter Verwendung einer Ladepumpe, zu erfordern, als Schalter 106 verwendet werden. Seine Sourceelektrode kann an das Referenzpotential Vref gekoppelt sein, seine Drainelektrode kann an das zweite Potential V2 der ersten Versorgungsspannung VS1 gekoppelt sein und seine Gateelektrode kann durch ein Steuersignal des Controllers im Bereich der zweiten Versorgungsspannung gesteuert werden. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung 300. Die Wandlerschaltungsanordnung 300 kann gleich oder ähnlich der Ausführungsformen der in 1 bzw. 2 gezeigten Wandlerschaltungsanordnung 100 und 200 sein, so dass ihre entsprechenden Beschreibungen auch hier gelten können. Die in 3 gezeigte Wandlerschaltungsanordnung 300 kann durch eine gepunktete Link 303 unterteilt sein. Die gepunktete Linie 303 kann eine Schnittstelle mit einer ersten Seite A und einer zweiten Seite B darstellen. Alle Spannungen und Ströme der Wandlerschaltungsanordnung 300, die von der zweiten Seite B zugänglich sind, können den SELV-Standard erfüllen. Sie können als berührungssicher angesehen werden. Die Wandlerschaltungsanordnung 300 benötigt deshalb möglicherweise keine extensive Sicherheitsprüfung oder Kriechstrom- und Abstandsbewertungen. Im Gegensatz zur zweiten Seite B kann die erste Seite A Netzspannungen aufweisen. Die erste Seite A ist jedoch möglicherweise aufgrund einer Isolation von Nicht-SELV-Spannungen und Nicht-SELV-Strömen berührungssicher. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Wandlerschaltungsanordnung 300 eine erste Stromversorgung 302, eine Hilfsstromversorgung 310, einen Wandlerschaltercontroller 102, einen Wandlerschalter 106, ein Freilaufbauelement 202, einen Induktor 112, eine Strommessstruktur 328, eine Konfigurationsschnittstelle 332, eine Temperaturschnittstelle 342, eine Dämpfungsschaltung 330, eine Lastschaltungsschnittstelle 110 und eine Lastschaltung 322 enthalten.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Stromversorgung 302 konfiguriert sein zum Liefern des ersten Stromversorgungspotentials V1 und des zweiten Stromversorgungspotentials V2. Die erste Versorgungsspannung VS1 kann als die Differenz zwischen dem ersten Stromversorgungspotential V1 und dem zweiten Stromversorgungspotential V2 definiert werden. Die erste Stromversorgung 302 kann einen Transformator 304, eine Diode 306 oder einen gesteuerten Transistorschalter und einen Kondensator 308 enthalten. Eine Primärseite des Transformators 304 kann an eine Netzspannung oder Speisespannung beispielsweise mit einer Spannung von 110 V oder 230 V angeschlossen sein. Eine Spannung auf einer Sekundärseite des Transformators 304 kann durch die Diode 306 oder einen Vollwellengleichrichter oder einen gesteuerten Transistorschalter gleichgerichtet werden. Die gleichgerichtete Spannung kann durch den Kondensator 308 geglättet werden, um eine Gleichspannung zu liefern, hier die erste Versorgungsspannung VS1. Das Verhältnis der Anzahl von Wicklungen auf der Primärseite zur Anzahl von Wicklungen auf der Sekundärseite kann so gewählt werden, dass die erste Versorgungsspannung VS1 mindestens so hoch ist wie die zum Betreiben einer Lastschaltung 322 erforderliche Spannung. Sie kann höher gewählt werden, um beispielsweise Spannungsabfälle am Wandlerschalter 106 und am Induktor 112 zu kompensieren. Falls als Beispiel die Spannungen an der Lastschnittstellenschaltung 110 nahe an der maximal zulässigen SELV, d. h. 60 V DC, liegen sollen, kann die erste Versorgungsspannung VS bei etwa 70 V DC gewählt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist weder das erste Stromversorgungspotential V1 noch das zweite Stromversorgungspotential V2 mit einem Referenzpotential Vref, beispielsweise einem Massepotential, verbunden. Sowohl das erste Stromversorgungspotential V1 als auch das zweite Stromversorgungspotential V2 können bezüglich des Referenzpotentials Vref potentialfrei sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Hilfsstromversorgung 310 konfiguriert sein zum Liefern (anders ausgedrückt zum Bereitstellen) des ersten Hilfsstromversorgungspotentials VA1 und des zweiten Hilfsstromversorgungspotentials VA2. Die zweite Versorgungsspannung VS2 kann als die Differenz zwischen dem ersten Hilfsstromversorgungspotential VA1 und dem zweiten Hilfsstromversorgungspotential VA2 definiert werden. Die Hilfsstromversorgung 310 kann einen Transformator 312, einen Widerstand 314, eine Diode 316, einen ersten Kondensator 318 und einen zweiten Kondensator 320 enthalten. Eine Primärseite des Transformators 312 kann mit einer Netzspannung oder Speisespannung verbunden sein, beispielsweise mit einer Spannung von 110 V oder 230 V. Eine Spannung auf einer Sekundärseite des Transformators 312 kann durch die Diode 316 oder einen Vollwellengleichrichter gleichgerichtet werden. Der Widerstand 314 kann in Reihe mit der Diode 314 geschaltet sein und kann zum Begrenzen des Stromflusses verwendet werden. Die gleichgerichtete Spannung kann durch den ersten Kondensator 318 geglättet werden, um eine Gleichspannung zu liefern, hier die zweite Versorgungsspannung VS2. Mit dem zweiten Kondensator 320 können hochfrequente Komponenten in der zweiten Versorgungsspannung VS2 kurzgeschlossen werden. Das Verhältnis der Anzahl von Wicklungen auf der Primärseite zur Anzahl von Wicklungen auf der Sekundärseite kann so gewählt werden, dass die zweite Versorgungsspannung VS2 hoch genug ist, um den Wandlerschaltercontroller 102 zu betreiben. Die zweite Stromversorgungsspannung VS2 kann beispielsweise 10 bis 20 V betragen.
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Beiden Transformatoren 304, 312 muß es sich möglicherweise um einen Trenntransformator mit einem garantierten Mindestabstand zwischen den Leitern und elektrischen Isolationsbarrieren sein, falls sie bei der Generierung von SELV-Spannungen verwendet werden. Möglicherweise teilen sie sich einen gemeinsamen Ferritkern, um beispielsweise Kosten und Platz zu sparen. In diesem Fall ist die linke untere Spur des Transformators 310 möglicherweise überflüssig. Die Transformatoren 304, 312 sind jedoch nicht notwendig; beliebige zwei Stromversorgungen können verwendet werden, um die erste Stromversorgungsspannung VS1 und die zweite Stromversorgungsspannung VS2 bereitzustellen, solange sie kein gemeinsames Referenzpotential besitzen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eines des ersten Hilfsversorgungspotentials VA1 und des zweiten Hilfsversorgungspotentials VA2 mit einem Referenzpotential Vref verbunden sein, beispielsweise mit dem Massepotential GND. Beispielsweise kann das zweite Hilfsversorgungspotential VA2 mit einem Referenzpotential Vref verbunden sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Wandlerschaltercontroller 102 konfiguriert sein zum Empfangen des ersten Hilfsstromversorgungspotentials VA1 an einem Anschluss VCC, des zweiten Hilfsstromversorgungspotentials VA2 an einem Anschluss GND und ein Strommesssignal an einem Steuereingang 104 am Anschluss CS, Konfigurationsinformationen an einem Multifunktionseingangs-/-ausgangsanschluss MFIO und Temperaturinformationen an einem Temperatursensoranschluss TS. Der Anschluss TS kann über einen Widerstand 348 durch eine am Anschluss VDDP bereitgestellte Referenzspannung vorgespannt sein. Die Referenzspannung kann beispielsweise 3,3 V betragen. Der Wandlerschaltercontroller 102 kann konfiguriert sein zum Ausgeben eines Gateansteuersignals am Anschluss GD, mit dem der Wandlerschalter 106 gesteuert werden kann. Das Gateansteuersignal kann Temperaturinformationen am Temperatursensoranschluss TS berücksichtigen. Der in einen Steueranschluss des Wandlerschalters 106 fließende Strom kann durch einen zwischen den Anschluss GD und den Steueranschluss gekoppelten Widerstand 354 begrenzt werden. Der Widerstand 354 ist möglicherweise optional. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Steuereingang 104 an einen Controllerreferenzpotentialknoten 301 gekoppelt sein. Der Controllerreferenzpotentialknoten 301 kann an ein Controllerreferenzpotential Vref gekoppelt sein. Das Controllerreferenzpotential Vref kann das Massepotential GND sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Wandlerschaltungsanordnung 300 eine Diode 202 oder einen synchronisierten Transistor enthalten, die konfiguriert sein können zum Bereitstellen eines Freilaufwegs für den durch den Induktor 112 fließenden Strom IL und den in der Lastschaltung 322 fließenden Strom, wenn der Wandlerschalter 106 offen ist. Die Diode 202 oder der synchronisierte Transistor können zwischen das zweite Stromversorgungspotential V2 am Knoten 114 und einen gesteuerten Anschluss des Wandlerschalters 106, der nicht an das erste Stromversorgungspotential V1 gekoppelt ist, gekoppelt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Wandlerschaltungsanordnung 300 eine Strommessstruktur 328 enthalten. Die Strommessstruktur 328 kann konfiguriert sein zum Liefern eines Eingangssignals in den Steuereingang 104 des Wandlerschaltercontrollers 102 während einer Ein-Periode und Aus-Periode des Controllerschalters 106. Die Strommessstruktur 328 kann einen Widerstand umfassen, der zwischen dem Steuereingang 104 des Wandlerschaltercontrollers 102 und die Lastschaltungsschnittstelle 110 geschaltet ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Strommessstruktur 328 einen Widerstand umfassen, der zwischen den Wandlerschalter und den Steuereingang des Wandlerschaltercontrollers geschaltet ist. Die Strommessstruktur 328 kann ein Strommesswiderstand mit einem kleinen. Widerstandswert sein, beispielsweise 0,2 bis 0,5 Ω, der beispielsweise in Reihe mit dem Wandlerschalter 106 oder dem Freilaufweg geschaltet sein kann. Der Strom durch den Wandlerschalter 106 oder den Freilaufweg fließt auch durch den Widerstand 328 und erzeugt einen kleinen Spannungsabfall, der gemessen und ausgewertet werden kann. Der Wandlerschaltercontroller 102 kann den gemessenen Strom mit einem Zielstrom vergleichen und am Gateansteueranschluss GD ein entsprechendes Signal erzeugen. Falls beispielsweise der gemessene Strom kleiner ist als der Zielstrom, kann der Wandlerschaltercontroller 102 ein Signal liefern, so dass der Wandlerschalter 106 während einer Schaltperiode für eine längere Zeit leitet (oder geschlossen ist), während der Wandlerschaltercontroller 102, falls der gemessene Strom über dem Zielstrom liegt, ein Signal liefern kann, so dass der Wandlerschalter 106 während einer Schaltperiode für eine kürzere Zeit leitet (oder geschlossen ist). Auf diese Weise wird eine Rückkopplungsstruktur bereitgestellt, um den Laststrom auf den Zielstrom zu verstellen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Lastschaltung 324 an die Lastschaltungsschnittstelle 110 gekoppelt sein. Die Lastschaltung kann über die Lastschaltungsschnittstelle 110 mit ihrer Lastschaltungsansteuerspannung versorgt werden. Die Lastschaltung 324 kann an das Referenzpotential Vref angeschlossen sein. Die Lastschaltung 322 kann mindestens ein lichtemittierendes Bauelement 324, beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Lastschaltung 322 mehrere miteinander in Reihe geschaltete lichtemittierende Bauelemente 324 aufweisen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Dämpfungsschaltung 330 zwischen den Steuereingang 104 des Wandlerschaltercontrollers 102 und den Induktor 112 gekoppelt sein. Die Dämpfungsschaltung 330 kann parallel zur Lastschaltungsschnittstelle 110 gekoppelt sein. Sie kann eine Parallelverbindung aus einem Kondensator 350 und einem Widerstand 352 beinhalten. Beispielsweise kann die Kapazität des Kondensators 350 zwischen 50 und 500 nF liegen, und der Widerstandswert des Widerstands 352 kann zwischen 10 und 50 KΩ liegen. Die Dämpfschaltung 330 kann verwendet werden, um Spezifikationen für die elektromagnetische Beeinflussung (EMI – Electromagnetic Interference) für die Wandlerschaltungsanordnung 300 zu erzielen. Mit dem Kondensator 350 kann die an der Lastschaltungsschnittstelle 110 an die Lastschaltung 324 gelieferte Spannung Vout geglättet werden. Die Dämpfungsschaltung 330 kann optional sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Konfigurationsschnittstelle 332 beispielsweise für die Konfiguration und/oder Kalibrierung des Wandlerschaltercontrollers 102 verwendet werden. Die Konfigurationsschnittstelle 332 kann konfiguriert sein zum Koppeln an eine Kommunikationsschaltung 338, beispielsweise unter Verwendung digitaler Signale. Die Kommunikationsschaltung 338 kann ein Mikroprozessor oder eine Empfangs-Sendeschnittstelle für asynchrone Datenübertragung (UART – Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) sein. Zusätzlich oder alternativ kann mit einem Widerstand 340 ein gewünschter Strom oder Zielstrom eingestellt werden, beispielsweise ein Ziellaststrom, von der zweiten Seite B, die eine SELV-Seite sein kann. Der Widerstand 334 und der Kondensator 336 können als Tiefpassfilter für etwaige Signale an der Kommunikationsschnittstelle 332 konfiguriert sein. Der Widerstandswert des Widerstands 334 kann groß genug gewählt werden, so dass der durch die Konfigurationsschnittstelle 332 fließende maximale Strom zulässige SELV-Ströme nicht übersteigt. Beispielsweise kann der Widerstand 334 so gewählt werden, dass der maximale Strom kleiner als 2 mA ist, wenn beispielsweise zwei oder mehr der Schnittstellen 110, 332, 342 von einer Person berührt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Wandlerschaltungsanordnung 300 weiterhin eine Temperaturschnittstelle 342 enthalten, die zum Koppeln an einen Temperatursensor 334 konfiguriert ist. Der Temperatursensor 344 kann einen temperaturabhängigen Widerstandswert liefern, der in eine temperaturabhängige Spannung umgewandelt werden kann. Die temperaturabhängige Spannung kann mit einem Schwellwert verglichen werden, und der Wandlerschaltercontroller 102 kann den Laststrom verstellen, beispielsweise senken oder abschalten, oder den Laststrom abschalten, falls die Temperatur zu hoch ist. Der Temperatursensor 344 kann über einen Widerstand 346 an den Anschluss TS gekoppelt sein. Der Widerstandswert des Widerstands 346 kann groß genug gewählt werden, so dass der durch die Temperaturschnittstelle 342 fließende maximale Strom zulässige SELV-Ströme nicht übersteigt. Beispielsweise kann der Widerstand 346 so gewählt werden, dass der maximale Strom unter 2 mA liegt. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Wandlerschaltungsanordnung 400. Die Wandlerschaltungsanordnung 400 kann gleich oder ähnlich der Ausführungsform einer in 3 gezeigten Wandlerschaltungsanordnung 300 sein, so dass die entsprechende Beschreibung ebenfalls gelten kann. Es können jedoch die folgenden Unterschiede vorliegen:
In 3 ist ein Freilaufbauelement, beispielsweise eine Diode 202 oder ein synchronisierter Transistor, zwischen das zweite Stromversorgungspotential V2 und den Wandlerschalter 106 gekoppelt. Infolgedessen kann die Strommessstruktur 328 so konfiguriert sein, dass sie eine Eingabe in den Steuereingang 104 des Wandlerschaltercontrollers 104 während einer Ein-Periode sowie während einer Aus-Periode des Steuerschalters 106 liefert. Bei der in 4 gezeigten Wandlerschaltungsanordnung 400 kann das Freilaufbauelement 202 zwischen das zweite Stromversorgungspotential V2 und den Referenzpotentialknoten 326 gekoppelt sein. Infolgedessen kann die Strommessstruktur 328 konfiguriert sein, eine Eingabe in den Steuereingang 104 des Wandlerschaltercontrollers 104 nur während einer Ein-Periode des Controllerschalters 106 zu liefern, da der Strom in dem Freilaufweg nicht durch die Stromerfassungsstruktur 328 fließen wird. In diesem Fall wird der Freilaufstrom in der Strommessstruktur 328 keine Leistung vernichten, wodurch die Effizienz des Wandlerschalters verbessert wird. Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen besonders gezeigt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, dass daran verschiedene Änderungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung wird somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und innerhalb des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche liegen, sollen deshalb eingeschlossen sein.
