DE102015104429A1

DE102015104429A1 - System und Verfahren für eine getaktete Leistungsversorgung

Info

Publication number: DE102015104429A1
Application number: DE102015104429.3A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hinz; Martin Krüger; Markus Schnell
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20150280576A1; CN104953552A

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Steuern einer getakteten Leistungsversorgung ein Entmagnetisieren einer Sekundärwicklung eines Transformators, ein Überwachen einer Endbedingung der Entmagnetisierung, das Nachverfolgen einer abgelaufenen Zeit, bis die Endbedingung basierend auf der Überwachung detektiert wird, und das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung, wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle übersteigt.

Description

Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemeine eine elektronische Vorrichtung und insbesondere ein System und ein Verfahren für eine getaktete Leistungsversorgung.
Leistungsversorgungssysteme sind in vielen elektronischen Anwendungen, von Computern bis hin zu Automobilen, allgegenwärtig. Allgemein werden Spannungen innerhalb eines Leistungsversorgungssystems durch Durchführen einer DC/DC-, einer DC/AC- und/oder einer AC/DC-Wandlung mittels Betreiben eines mit einer Spule oder einem Transformator belasteten Schalters hergestellt. DC/DC-Wandler, wie beispielsweise Tiefsetzsteller, werden in Systemen verwendet, die Mehrfach-Leistungsversorgungen verwenden. In einem Fahrzeugsystem kann ein Mikrocontroller, der beispielsweise bei einer 5 V-Leistungsversorgungsspannung arbeitet, eine getaktete Leistungsversorgung, wie beispielsweise einen Tiefsetzsteller, dazu verwenden, eine lokale 5 V-Leistungsversorgung aus der 12 V-Fahrzeugbatterie zu erzeugen. Eine solche Leistungsversorgung kann betrieben werden durch Ansteuern einer Spule unter Verwendung eines High-Side-Schalttransistors, der an eine DC-Leistungsversorgung gekoppelt ist. Unter moderaten bis hohen Lastbedingungen wird die Ausgangsspannung der Leistungsversorgung geregelt durch Variieren der Pulsweite der Zeit, während der der Schalttransistor in einem leitenden Zustand ist.
Eine getaktete Leistungsversorgung (engl.: switched mode power supply, SMPS) umfasst üblicherweise wenigstens einen Schalter und eine Spule oder einen Transformator. Einige spezielle Topologien umfassen, unter anderem, Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller und Sperrwandler. Eine Steuerschaltung wird gewöhnlich dazu verwendet, den Schalter zu öffnen und zu schließen, um die Spule zu laden und zu entladen. Bei einigen Anwendungen wird der an die Last gelieferte Strom und/oder die an die Last gelieferte Spannung über eine Rückkopplungsschleife geregelt.
Häufig sind eine Anzahl von verschiedenen Parametern im Design einer getakteten Leistungsversorgung spezifiziert. Ein solcher Parameter ist die Effizienz, welche definiert ist als die durch den Leistungswandler abgegebene Leistung geteilt durch die dem Leistungswandler zugeführte Leistung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Steuern eines getakteten Leistungswandlers ein Entmagnetisieren einer Sekundärwicklung eines Transformators, das Überwachen einer Endbedingung der Entmagnetisierung basierend auf dem Überwachen, das Nachverfolgen einer bis zu der Endbedingung abgelaufenen Zeit und das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung wenn die abgelaufene Zeit eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1a–b einen Sperrwandler gemäß einem Ausführungsbeispiel und ein zugehöriges Kurvendiagramm veranschaulichen;
2 ein Kurvendiagramm veranschaulicht, das die Auswirkung einer Kurzschlussbedingung auf einen getakteten Leistungswandler veranschaulicht;
3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer integrierten Schaltung eines Leistungsversorgungscontrollers veranschaulicht; und
4 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
In verschiedenen Figuren bezeichnen entsprechende Ziffern und Symbole im Allgemeinen entsprechende Teile, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der gezeigten Ausführungsbeispiele deutlich veranschaulichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Um bestimmte Ausführungsbeispiele klarer zu veranschaulichen, kann ein Buchstabe, der Variationen derselben Struktur, desselben Materials, oder desselben Prozessschritts anzeigt, einer Figurennummer folgen.
Das Realisieren und Verwenden von Ausführungsbeispielen sind unten im Detail erläutert. Es sei allerdings erwähnt, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare Konzepte liefert, die in einem weiten Bereich von speziellen Zusammenhängen realisiert werden können. Die erörterten speziellen Ausführungsbeispiele sind lediglich veranschaulichend für spezielle Möglichkeiten die Erfindung zu realisieren und zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in einem speziellen Zusammenhang beschrieben, nämlich einem getakteten Leistungsversorgungssystem das eine Sperrwandlertopologie verwendet. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auch auf andere Topologien getakteter Leistungsversorgungen angewendet werden, ebenso wie auf nicht-getaktete Leistungsversorgungen, Regelsysteme mit Rückkopplung und andere Arten von elektronischen Schaltungen.
1a veranschaulicht ein getaktetes Leistungsversorgungssystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist das getaktete Leistungsversorgungssystem 100 als Sperrwandler ausgebildet. Während eines Betriebs wird eine Wechselspannung am Anschluss VAC gleichgerichtet und unter Verwendung eines Eingangsgleichrichters 102 und eines Eingangsfilterkondensators 104 in eine Gleichspannung gefiltert. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Eingangsgleichrichter 102 mit einer Diode, mit einer Diodenbrücke oder einem anderen Gleichrichtungsbauelement realisiert sein. Die resultierende Gleichspannung wird an eine Primärwicklung 108 eines Transformators 106 angelegt. Ein primärseitiger Controller 101 aktiviert und deaktiviert einen Schalttransistor 118 über einen Pin GD und einen Reihenwiderstand 148 derart, dass Energie von der Primärseite des Transformators 106 auf die Sekundärseite des Transformators 106 übertragen wird. Ein Synchrongleichrichter-Treibercontroller 140 richtet gleich und filtert das Ausgangssignal der Sekundärseite des Transformators 106 gemeinsam mit dem Schalttransistor 112 und dem Kondensator 114. Während gemäß der Darstellung der sekundärseitige Strom Is unter Verwendung von Synchrongleichrichtungsverfahren gleichgerichtet wird, kann bei einigen Ausführungsbeispielen anstelle des Gleichrichter-Treibercontrollers 140 und des Schalttransistors 112 eine Diode verwendet werden.
Die am Knoten Vout abgegriffene Ausgangsspannung der Leistungsversorgung ist durch das Rückkopplungskompensationsnetzwerk 160 bestimmt und wird über einen Optokoppler 130 an einen Eingangspin FB des primärseitigen Controllers 101 übertragen. Wie dargestellt ist der Optokoppler 130 unter Verwendung einer Leuchtdiode 135 und eines Fototransistors 134 realisiert. Selbstverständlich können bei alternativen Ausführungsbeispielen andere galvanisch isolierende Strukturen verwendet werden, wie beispielsweise kernlose Transformatoren. Wie dargestellt, umfasst das Rückkopplungskompensationsnetzwerk 160 Widerstände 162, 164, 166, 172 und 174; Kondensatoren 168 und 170; und eine programmierbare Referenz 176. Die Werte des Rückkopplungskompensationsnetzwerks 160 können so gewählt werden, dass sie die Spannungsrückkopplungsschleife der Leistungsversorgung stabilisieren. Selbstverständlich ist das Rückkopplungskompensationsnetzwerk 160 nur ein Beispiel für verschiedene Ausführungsbeispiele von Rückkopplungsnetzwerken, die in Ausführungsbeispielen von getakteten Leistungsversorgungen verwendet werden können. Zusätzlich zu der Ausgangsspannungsrückkopplung wird der Strom durch die Primärwicklung über Widerstände 124 und 150 und Pin CS zurückgekoppelt.
Bezug nehmend auf 1b nimmt der Primärwicklungsstrom Ip zu, wenn der Knoten GD den Schalttransistor 118 aktiviert, beispielsweise zwischen dem Zeitpunkt t₀ und dem Zeitpunkt t_sample1. Die Steigung des Anstiegs des Primärstroms Ip, wenn der Schalttransistor 118 aktiviert ist, ist im Wesentlichen proportional zu dem Spannungspegel der Eingangsspannung Vin und im Wesentlichen umgekehrt proportional zur Induktivität L der Primärwicklung 108 beziehungsweise des Transformators. Das heißt: dIin/dt = Vin/L.
Wenn der Schalttransistor 118 aktiviert ist, entspricht eine Spannung über der Primärwicklung 108 im Wesentlichen der Spannung Vin und eine Spannung über der Sekundärwicklung 110 entspricht im Wesentlichen –N22/N21·Vin, wobei N21 die Anzahl der Windungen der Primärwicklung 108 und N22 die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung 110 repräsentiert. Da die Spannung über der Sekundärwicklung 110 während der Ein-Dauer negativ ist (was dadurch der Fall ist, dass die Primärwicklung 108 und die Sekundärwicklung 110 entgegengesetzte Wicklungssinne besitzen) ist der Strom Is durch die Sekundärwicklung 110 Null, wenn der Schalttransistor 118 aktiviert ist.
Wenn der Schalttransistor 118 deaktiviert wird, beispielsweise zum Zeitpunkt T_sample1, kehrt die Spannung über der Primärwicklung 108, und entsprechend die Spannung über der Sekundärwicklung 110, ihre Polarität um und steigt an, bis die Spannung über der Sekundärwicklung 110 im Wesentlichen der Ausgangsspannung Vout plus einer der Spannung über dem sekundärseitigen Schalttransistor 112 (oder einer Dioden-Schlussspannung bei Ausführungsbeispielen ohne Synchrongleichrichter) entsprechenden Spannung entspricht.
Aufgrund der induktiven Kopplung zwischen der Hilfswicklung 116 und der Primärwicklung 108 entspricht der Spannungspegel der Hilfsspannung Vw während der Zeit, zu der der Schalttransistor 118 aktiv ist (das heißt, wenn die Ansteuerspannung GD hoch ist) im Wesentlichen Vw = –N23/N21·Vin, wobei N23 die Anzahl der Windungen der Hilfswicklung 116 repräsentiert. Wenn der Schalttransistor 118 inaktiv ist (das heißt, wenn der Knoten GD niedrig ist), entspricht der Spannungspegel der Hilfsspannung Vaux im Wesentlichen Vw = N23/N22·Vout, solange der Strom Is durch die Sekundärwicklung 110 nicht auf Null abgesunken ist. Wenn der sekundärseitige Strom Is auf Null absinkt, das heißt, wenn der Transformator vollständig entmagnetisiert ist, wird die sekundärseitige Spannung, und entsprechend die Hilfsspannung Vw Null. Parasitäre Effekte, wie beispielsweise parasitäre Kapazitäten des Transformators können ein Klingeln oder Oszillationen der Hilfsspannung Vw zu dem Zeitpunkt, zu dem der Transformator 106 entmagnetisiert wurde, bewirken, wie in der Darstellung Vw beginnend zum Zeitpunkt t_sample2 dargestellt ist. Dieses Klingeln tritt auf, weil der Schalttransistor 112 ausgeschaltet wird und einen Leerlauf an der Sekundärwicklung 110 bildet. Dadurch erscheint die Impedanz am Drain des Schalttransistors 118 als Parallelresonanz, die die Induktivität der Primärwicklung 108 parallel zu der Kapazität, die an das Drain des Schalttransistors gekoppelt ist, umfasst.
Der Controller 101 kann dieses Klingelphänomen dazu verwenden, zu ermitteln, wann die sekundärseitige Wicklung 110 vollständig entmagnetisiert ist, und auch dazu, wann der primärseitige Schalter im nächsten Zyklus wieder einzuschalten ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden beispielsweise die Nulldurchgänge der Hilfswicklungsspannung Vw dazu verwendet, die Zeit zu ermitteln, zu der die sekundärseitige Wicklung 110 vollständig entmagnetisiert ist. Außerdem kann bei einigen Ausführungsbeispielen, die einen quasi-resonanten Betrieb realisieren, ein Valley-Switching (Tal-Schalten) realisiert werden, bei dem der primärseitige Schalter eingeschaltet wird, wenn die Hilfswicklungsspannung Vw eine minimale Spannung ist. Dies wird oft als ”Valley-Switching” bezeichnet. Außerdem, wenn der primärseitige Schalttransistor 118 einschaltet nachdem die Sekundärwicklung 110 entmagnetisiert wurde, sagt man, die Leistungsversorgung arbeitet in einem diskontinuierlichen Leitungsbetrieb (discontinuous conduction mode, DCM). Wenn der primärseitige Schalttransistor 118 einschaltet bevor die Sekundärwicklung 110 entmagnetisiert wurde, sagt man, die Leistungsversorgung arbeitet in einem kontinuierlichen Leitungsbetrieb (engl.: continuous conduction mode, CCM).
Bei einigen Ausführungsbeispielen liefert die Hilfswicklung 116 Leistung an den primärseitigen Controller 101 über eine gleichrichtende Diode 120, einen Kondensator 121 und Pin Vcc, wenn die Leistungsversorgung in Betrieb ist. Wenn die Leistungsversorgung allerdings hochfährt, kann Leistung von der Primärversorgung Vin über eine Diode 131 und einen Widerstand 128 an einen Hochspannungspin HV geliefert werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen verhindert der Controller 101 dass die Leistungsversorgung im CCM-Betrieb arbeitet, um einen Querstrom (engl.: shoot through current) auf der Sekundärseite zu vermeiden. Eine Möglichkeit, CCM zu vermeiden besteht darin, die Leistungsversorgung herunter zu fahren, wenn eine Endbedingung der Entmagnetisierung der Sekundärwicklung 110 nicht detektiert wird. Wenn beispielsweise der an den Pin ZCD gekoppelte Nulldurchgangsdetektor einen Nulldurchgang innerhalb einer vordefinierten Zeitdauer, beispielsweise zwischen etwa 50 μs und etwa 2 s, nicht detektiert. Alternativ können Zeitdauern, die außerhalb dieses Bereichs liegen, abhängig von dem jeweiligen Ausführungsbeispiel und dessen Spezifikationen verwendet werden. Eine solche Bedingung kann beispielsweise unter Bedingungen mit einer niederimpedanten Last oder einem Kurzschluss auftreten, bei denen ein in der Sekundärwicklung und der Last der Leistungsversorgung zirkulierender Strom nur langsam abklingen kann.
2 veranschaulicht ein Kurvendiagramm, das den Betrieb einer Sperrwandler-Leistungsversorgung, die während einer Zeitdauer T₁ unter normalen Lastbedingungen arbeitet und während einer Zeitdauer T₂ unter Kurzschlussbedingungen oder Bedingungen mit einer sehr niederimpedanten Last arbeitet, gegenüberstellt. 2 zeigt die Leistungsversorgungsausgangsspannung Vout, die Gatespannung V_GP des primärseitigen Schalttransistors 118, die Gatespannung V_GS des sekundärseitigen Schalttransistors 112, den primärseitigen Strom Ip, den sekundärseitigen Strom Is und die Hilfswicklungsspannung Vw. Wie dargestellt ist, werden während normalen Lastbedingungen die Gatespannung V_GP des primärseitigen Schalttransistors 118 und die Gatespannung V_GS des sekundärseitigen Schalttransistors 112 wechselseitig angesteuert, was einem ansteigenden Primärstrom Ip, wenn der primärseitige Schalttransistor 118 aktiv ist, und einem absinkenden sekundärseitigen Strom Is, wenn der sekundärseitige Schalttransistor 112 aktiv ist, entspricht. Während der Zeitdauer T₂ wird allerdings der Ausgang der Leistungsversorgung kurzgeschlossen, was zu einem Absinken der Ausgangsspannung Vout führt. Wegen der niederimpedanten Belastung klingt der sekundärseitige Strom Is sehr langsam ab, wenn der sekundärseitige Schalttransistor 112 aktiv bleibt. Wenn das Schalten des primärseitigen Schalttransistors 118 zum Zeitpunkt t_r wieder aufgenommen wird, tritt ein Querstrom in der Primärwicklung 108 auf, wenn der Kurzschluss immer noch vorhanden ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Auswirkung eines solchen Querstroms auf die Effizienz reduziert werden durch Anhalten des Schaltens des primärseitigen Schalttransistors 118 nach einer spezifizierten Auszeit (engl.: timeout period) wenn eine Endbedingung, wie beispielsweise ein Nulldurchgang einer Hilfswicklungsspannung Vw, nicht detektiert wird. Nach dieser Auszeit kann die getaktete Leistungsversorgung in einen Niedrigleistungs- oder Ruhebetrieb gebracht werden. Nach einer Zeitdauer, beispielsweise zwischen einer Sekunde und drei Sekunden, wird die Leistungsversorgung wieder eingeschaltet und das Schalten wird wieder aufgenommen. Wenn der Kurzschluss wieder erkannt wird, beispielsweise aufgrund eines nicht-detektierten Nulldurchgangs der Hilfswicklungsspannung, wird die Leistungsversorgung wieder für die vordefinierte Zeitdauer heruntergefahren. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Leistungsversorgung nach einer vordefinierten Anzahl von Versuchen dauerhaft heruntergefahren. Wenn beispielsweise nach zehn Versuchen die Leistungsversorgung nicht in der Lage ist, erfolgreich hochzufahren, und einen Nulldurchgang der Hilfswicklungsspannung detektiert, wird die Leistungsversorgung ohne weitere Hochfahrversuche heruntergefahren. Selbstverständlich können bei alternativen Ausführungsbeispielen abhängig von der speziellen Anwendung und deren Spezifikationen mehr oder weniger Hochfahrversuche unternommen werden.
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer integrierten Leistungsversorgungscontrollerschaltung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei einem Ausführungsbeispiel verarbeitet eine Eingangsstufe 302 ein Rückkopplungssignal vom Pin FB und liefert eine Rückkopplung an den PWM-Steuerblock 304 oder den Burstmode-Steuerblock 306 abhängig von der jeweiligen Betriebsart. Der PWM-Steuerblock 304 und der Burstmode-Steuerblock 306 können in der Technik bekannte PWM- und Burstmode-Steuerverfahren realisieren. Eine Stromrückkopplung des primärseitigen Stroms wird durch Vergleichen einer Spannung am Knoten CS mit einer durch einen Digital-/Analog-Wandler (DAC) 318 erzeugten Referenzspannung unter Verwendung eines Komparators 320 gewährleistet. Der PWM-Steuerblock 304 kann dem DAC 318 ein rampenförmiges Eingangssignal liefern, um unter Verwendung von in der Technik bekannten Schaltungen und Verfahren eine Slope-Kompensation (engl.: slope compensation) zu gewährleisten. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der PWM-Steuerblock 304 direkt eine analoge Spannung an den Komparator 616 liefern.
Der PWM-Logikblock 314 kann beispielsweise einen Impulsgenerator mit einem durch den PWM-Steuerblock 304 einstellbaren Duty-Cycle umfassen. Ein Gatetreiber 316 liefert ein Ansteuersignal für einen primärseitigen Schalttransistor. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Gatetreiber 316 außerhalb des Chips angeordnet sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel überwacht eine Nulldurchgangsdetektionsschaltung 312, die an den Pin ZCD gekoppelt ist, eine Spannung einer Hilfswicklung eines Transformators. Die Nulldurchgangsdetektionsschaltung 312 kann eine Nulldurchgangs- und Valley-Detektion gewährleisten, um zu ermöglichen, dass die integrierte Schaltung 300 des Leistungsversorgungscontrollers in einem quasi-resonanten Betrieb arbeitet. Während des Betriebs aktiviert die PWM-Logik 314, die ein Schaltmuster für ein primärseitiges Schaltsignal am Pin GD erzeugt, einen Timer 310. Diese Aktivierung kann beispielsweise auftreten, wenn das Schalter-Ansteuersignal am Pin GD zurückgesetzt (engl.: de-asserted) wird, oder zu einem anderen Zeitpunkt. Dann, wenn die Nulldurchgangsdetektionsschaltung 312 eine Endbedingung der Entmagnetisierung der sekundärseitigen Wicklung detektiert, wie beispielsweise einen Nulldurchgang der Hilfswicklungsspannung und/oder wenn die Hilfswicklungsspannung eine vordefinierte Schwelle kreuzt, wird der Timer 310 wieder informiert. Wenn die Nulldurchgangsdetektionsschaltung 312 den Timer 310 allerdings nicht innerhalb einer vordefinierten Zeitdauer informiert, wird die PWM-Logik 413 deaktiviert und/oder ein Herunterfahr- und Aufwach-Controller 308 wird angewiesen, die integrierte Schaltung 300 des Leistungsversorgungscontrollers herunterzufahren oder die integrierte Schaltung 300 des Leistungsversorgungscontrollers in einen Niedrigleistungsbetrieb, wie beispielsweise einen Ruhebetrieb, zu bringen. In einem solchen Betrieb kann der größte Teil der Schaltung innerhalb der integrierten Leistungsversorgungscontrollerschaltung 300 ausgeschaltet oder reduziert werden, um Leistung zu sparen. Nach einer vordefinierten Zeitdauer fährt der Herunterfahr- und -Aufwach-Controller 308 die integrierte Leistungsversorgungscontrollerschaltung 300 hoch und versucht erneut die Leistungsversorgung zu betreiben. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann diese Zeitdauer beispielsweise zwischen 1 Sekunde und 3 Sekunden betragen, allerdings können auch Zeiten außerhalb dieses Bereichs verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der integrierten Leistungsversorgungscontrollerschaltung 300 Leistung durch die Hilfswicklung über den Pin VCC zugeführt. Wenn die Hilfswicklung entladen wurde, kann Leistung für die integrierte Schaltung 300 von der Leistungsversorgung auf der Primärseite des Transformators über einen Hochspannungspin HV genommen werden. Sobald der Schaltbetrieb wieder hergestellt ist, kann Leistung für die integrierte Schaltung 300 wieder über den Pin VCC geliefert werden. Die Leistung kann zwischen den zwei Versorgungspins über einen Schalter 324 unter Steuerung einer HV-Erfassungs- und Vcc-Hochfahr-Schaltung 322 geschaltet werden.
4 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer getakteten Leistungsversorgung. Im Schritt 402 wird eine Sekundärwicklung einer Leistungsversorgung entmagnetisiert. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann diese Entmagnetisierung durch Ausschalten eines primärseitigen Schalttransistors gewährleistet werden, der an eine primärseitige Wicklung eines Transformators gekoppelt ist, und durch Einschalten eines sekundärseitigen Schalttransistors, der an eine Sekundärwicklung des Transformators gekoppelt ist. Dann wird im Schritt 404 eine Endbedingung der Entmagnetisierung überwacht. Diese Endbedingung kann beispielsweise ein Durchlaufen einer Schwelle einer Spannung einer Hilfswicklung des Transformators oder eine vordefinierte Anzahl von Durchläufen der Schwelle umfassen. Im Schritt 406 wird eine abgelaufene Zeit bis zu der Endbedingung ermittelt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die abgelaufene Zeit zu dem Zeitpunkt starten, zu dem der primärseitige Schalttransistor ausgeschaltet wird, nachdem die primärseitige Wicklung magnetisiert wurde. Bei anderen Ausführungsbeispielen startet die abgelaufene Zeit zu einer anderen Zeit, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, der Zeit, zu der der primärseitige Schalttransistor zu Beginn eines Zyklus eingeschaltet wird. Wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle übersteigt, wird die Leistungsversorgung im Schritt 408 heruntergefahren. Das Herunterfahren kann beispielsweise das Ausschalten der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Schalttransistoren und das Verhindern eines periodischen Schaltens der Leistungsversorgung umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Leistungsversorgung und/oder der Leistungsversorgungscontroller in einen Niedrigleistungsbetrieb oder Ruhebetrieb gebracht werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Leistungsversorgung nach einer vordefinierten Dauer von wenigstens einer Sekunde wieder gestartet. Alternativ kann diese vordefinierte Zeitdauer weniger als eine Sekunde sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können Schaltungen oder Systeme dazu ausgebildet sein, spezielle Operationen oder Aktionen durchzuführen, indem Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon auf dem System installiert ist, die während des Betriebs das System veranlasst, diese Aktionen durchzuführen. Ein allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zum Steuern eines getakteten Leistungswandlers, das aufweist: Entmagnetisieren einer Sekundärwicklung eines Transformators, Überwachen einer Endbedingung der Entmagnetisierung, Nachverfolgen einer abgelaufenen Zeit, bis die Endbedingung detektiert wird, basierend auf dem Überwachen und das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle überschreitet. Andere Ausführungsbeispiele dieses Aspekts umfassen entsprechende Schaltungen und Systeme, die dazu ausgebildet sind, die verschiedenen Aktionen des Verfahrens durchzuführen.
Realisierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren, bei dem das Überwachen das Überwachen einer Spannung einer Sekundärwicklung der getakteten Leistungsversorgung umfasst. Das Verfahren, bei dem das Überwachen das Überwachen einer Spannung einer Hilfswicklung der getakteten Leistungsversorgung umfasst. Das Verfahren, bei dem das Überwachen der Endbedingung der Entmagnetisierung das Überwachen, wann die Spannung einer Hilfswicklung eine vordefinierte Schwelle kreuzt, umfasst. Das Verfahren bei dem das Überwachen der Endbedingung weiterhin das Überwachen, wann die Spannung der Hilfswicklung die vordefinierte Schwelle zum n-ten Mal kreuzt, umfasst. Das Verfahren, bei dem die Endbedingung einen Nulldurchgang der Spannung der Hilfswicklung umfasst. Das Verfahren, bei dem das Detektieren des Nulldurchgangs der Spannung der Hilfswicklung das Ermitteln eines n-ten Nulldurchgangs umfasst. Das Verfahren, bei dem das Nachverfolgen der abgelaufenen Zeit die Verwendung eines Zählers umfasst. Das Verfahren, bei dem die vordefinierte Schwelle, zwischen etwa 50 μs und 2 s ist. Das Verfahren, das weiterhin das erneute Starten der getakteten Leistungsversorgung nach einem Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung umfasst. Das Verfahren, bei dem das erneute Starten der getakteten Leistungsversorgung das erneute Starten der getakteten Leistungsversorgung wenigstens 1 Sekunde nach dem Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung umfasst. Das Verfahren, bei dem das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung das Herunterfahren eines primärseitigen Schalters, der an eine Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist, umfasst. Das Verfahren, das weiterhin das mit Energie-Versorgen einer Primärwicklung des Transformators, das Einschalten eines Halbleiterschalters, der an die Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist, umfasst. Das Verfahren, bei dem das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung das Herunterfahren eines Halbleiterschalters, der an eine Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist und das Beenden einer periodischen Ansteuerung des Halbleiterschalters umfasst. Das Verfahren, bei dem die vordefinierte Schwelle so eingestellt ist, dass sie einen kontinuierlichen Leitungsbetrieb (CCM) verhindert. Realisierungen der beschriebenen Verfahren können Hardware, ein Verfahren oder einen Prozess oder Computersoftware auf einem durch einen Computer zugänglichen Medium umfassen.
Ein allgemeiner Aspekt betrifft einen Leistungsversorgungscontroller, der aufweist: eine Schaltercontrollerschaltung, die einen Ausgangsanschluss aufweist, der dazu ausgebildet ist, an einen Steuerknoten eines an eine Primärwicklung eines Transformators gekoppelten Schalttransistors gekoppelt zu werden, wobei der Schaltercontroller dazu ausgebildet ist, den Schalttransistor zu veranlassen, die Primärwicklung des Transformators mit Energie zu versorgen; eine Transformatorschnittstellenschaltung, die dazu ausgebildet ist, an einen Transformator gekoppelt zu werden und eine Endbedingung einer Entmagnetisierung einer Sekundärwicklung des Transformators zu überwachen; und eine Timerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine abgelaufene Zeit bis die Endbedingung durch die Transformatorschnittstellenschaltung detektiert wird, zu ermitteln, und die Schaltercontrollerschaltung herunterzufahren, wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle überschreitet. Andere Ausführungsbeispiele dieses Aspekts umfassen entsprechende Schaltungen und Systeme, die dazu ausgebildet sind, die verschiedenen Aktionen dieser Verfahren durchzuführen.
Realisierungen können eine oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Den Leistungsversorgungscontroller, bei dem die Transformatorschnittstellenschaltung dazu ausgebildet ist, an eine Hilfswicklung des Transformators gekoppelt zu werden. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die Endbedingung umfasst, dass eine Spannung der Hilfswicklung eine vordefinierte Schwelle kreuzt. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die vordefinierte Schwelle etwa 0 V ist. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die Endbedingung umfasst, dass eine Spannung der Hilfswicklung eine vordefinierte Schwelle n-mal kreuzt. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem der Timer einen Zähler umfasst. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die vordefinierte Schwelle zwischen etwa 50 μs und 2 s ist. Der Leistungsversorgungscontroller, der weiterhin eine Leistungsmanagementschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Schaltercontroller hochzufahren, nachdem er durch die Timerschaltung heruntergefahren wurde. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die Leistungsmanagementschaltung dazu ausgebildet ist, den Schaltercontroller nach wenigstens einer Sekunde, nachdem der Schaltercontroller heruntergefahren wurde, hochzufahren. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die Schaltercontrollerschaltung, die Transformatorschnittstellenschaltung und die Timerschaltung in einer integrierten Schaltung angeordnet sind. Der Leistungsversorgungscontroller, bei dem die vordefinierte Schwelle so eingestellt ist, dass sie einen kontinuierlichen Leitungsbetrieb (CCM) verhindert. Realisierungen der beschriebenen Verfahren können Hardware, ein Verfahren oder einen Prozess oder Computersoftware auf einem durch einen Computer zugänglichen Medium umfassen.
Ein allgemeiner Aspekt betrifft eine getaktete Leistungsversorgung, die aufweist: einen Transformator; einen Schalttransistor, der an eine Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist; eine Schaltcontrollerschaltung, die einen Ausgangsanschluss aufweist, der an einen Steuerknoten eines Schalttransistors gekoppelt ist; eine Transformatorschnittstellenschaltung, die an einen Transformator gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, eine Endbedingung einer Entmagnetisierung einer Sekundärwicklung des Transformators zu überwachen; und eine Timerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine abgelaufene Zeit zu ermitteln, bis die Endbedingung durch die Transformatorschnittstellenschaltung detektiert wird, und die Schaltercontrollerschaltung herunterzufahren, wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle übersteigt. Andere Ausführungsbeispiele des Aspekts umfassen entsprechende Schaltungen und Systeme, die dazu ausgebildet sind, die verschiedenen Aktionen der Verfahren durchzuführen.
Realisierungen können einen oder mehrere der folgenden Aspekte umfassen. Die getaktete Leistungsversorgung, die weiterhin eine Gateansteuerschaltung aufweist, die an den Ausgangsanschluss der Schaltercontrollerschaltung gekoppelt ist. Realisierungen der beschriebenen Techniken können Hardware, ein Verfahren oder einen Prozess oder Computersoftware auf einem durch einen Computer zugänglichen Medium umfassen.
Vorteile einiger Ausführungsbeispiele umfassen die Möglichkeit, einen kontinuierlichen Leitungsbetrieb in getakteten Leistungsversorgungswandlern zu verhindern, die mit einer sehr geringen Impedanz belastet sind und/oder deren Ausgang kurzgeschlossen ist. Ein weiterer Vorteil einiger Ausführungsbeispiele umfasst die Möglichkeit, Leistung zu sparen, wenn ein Ausgang der Leistungsversorgung kurzgeschlossen ist.
Bei einem oder mehreren Beispielen können die hierin beschriebenen Funktionen wenigstens teilweise in Hardware, wie beispielsweise spezielle Hardwarekomponenten oder ein Prozessor, realisiert werden. Allgemein können die Verfahren durch Hardware, Prozessoren, Software, Firmware oder beliebige Kombinationen hiervon erreicht werden. Wenn sie in Software realisiert sind, können die Funktionen als einer oder mehrere Befehle oder als Code auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder dahin übertragen werden und durch eine Hardware-basierte Verarbeitungseinheit ausgeführt werden. Computerlesbare Medien können computerlesbare Speichermedien enthalten, die einem greifbaren Medium, wie beispielsweise einem Datenspeichermedium, oder einem Kommunikationsmedium, einschließlich eines beliebigen Mediums, das eine Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort zu einem anderen, beispielsweise entsprechend eines Übertragungsprotokolls, ermöglicht, entsprechen. Auf diese Weise entsprechen computerlesbare Medien im Allgemeinen (1) greifbaren computerlesbaren Speichermedien, die nicht transitorisch sind, oder (2) einen Kommunikationsmedium, wie beispielsweise einem Signal oder einer Trägerwelle. Datenspeichermedien können beliebige geeignete Medien sein, auf die durch einen oder mehrere Computer oder einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um Befehle, Code und/oder Datenstrukturen zum Realisieren der in dieser Beschreibung beschriebenen Techniken zu erhalten. Ein Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Medium enthalten.
Nur als Beispiel, und nicht einschränkend, kann ein solches computerlesbares Speichermedium enthalten: ein RAM, ein ROM, EEPROM, eine CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, magnetische Plattenspeicher oder andere magnetische Speicherbauelemente, einen Flash-Speicher oder ein beliebiges anderes Medium, das dazu verwendet werden kann, einen gewünschten Programmcode in der Form von Befehlen oder Datenstrukturen zu speichern und auf den durch einen Computer zugegriffen werden kann,. Auch wird eine beliebige Verbindung geeignet als computerlesbares Medium bezeichnet, das heißt, ein computerlesbares Übertragungsmedium. Wenn beispielsweise Befehle von einer Website, einem Server oder einer anderen entfernten Quelle unter Verwendung eines Koaxialkabels, eines Glasfaserkabels, einer Twisted-Pair-Leitung, einer digitalen Teilnehmerleitung (DSL) oder drahtlosen Technologien, wie beispielsweise Infrarot, Funk oder Mikrowelle, übertragen werden, dann sind das Koaxialkabel, das Glasfaserkabel, die Twisted-Pair-Leitung, DSL oder die drahtlosen Technologien, wie beispielsweise Infrarot, Funk und Mikrowelle in der Definition von Medium enthalten. Es sei allerdings erwähnt, dass computerlesbare Speichermedien und Datenspeichermedien keine Verbindungen, Trägerwellen, Signale oder andere transiente Medien enthalten, sondern stattdessen nicht-transiente greifbare Speichermedien betreffen. Platte und Disk, wie sie hier verwendet werden, umfassen eine CD, eine Laserdisk, eine optische Disk, DVDs, eine Floppydisk und Bluray-Disks, wobei Platten üblicherweise Daten magnetischen reproduzieren, während Disks Daten optisch mit Lasern reproduzieren. Kombinationen des oben erwähnten sind ebenfalls durch computerlesbare Medien umfasst.
Befehle können durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, wie beispielsweise eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU, digitale Signalprozessoren (DSPs), allgemeinen Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Logik-Arrays (FPGAs) oder andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltungen. Entsprechend kann der hierin verwendete Begriff „Prozessor” sich auf eine beliebige der vorangegangenen Strukturen oder auf andere Strukturen beziehen, die geeignet sind, die hierin beschriebenen Techniken zu implementieren. Zusätzlich kann gemäß einiger Aspekte die hierin beschriebene Funktionalität durch spezielle Hardware und/oder Softwaremodule realisiert werden, die dazu ausgebildet sind, zu kodieren und dekodieren oder die in einem kombinierten Codec enthalten sind. Auch könnten die Techniken in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen realisiert sein.
Die in dieser Beschreibung erläuterten Techniken können in einem weiten Bereich von Vorrichtungen oder Apparaten, einschließlich eines drahtlosen Handgeräts, einer integrierten Schaltung (IC) oder einer Gruppe von ICs (zum Beispiel einem Chipsatz) realisiert werden. Verschiedene Komponenten, Module oder Einheiten sind in dieser Beschreibung erläutert, um funktionelle Aspekte der Vorrichtung hervorzuheben, die dazu ausgebildet sind, die beschriebenen Verfahren zu realisieren, aber erfordern nicht notwendigerweise eine Realisierung durch unterschiedliche Hardwareeinheiten. Vielmehr können, wie oben beschrieben, verschiedene Einheiten in einer einzelnen Hardwareeinheit kombiniert werden oder durch eine Sammlung von zusammenarbeitenden Hardwareeinheiten bereitgestellt werden, einschließlich einem oder mehreren Prozessoren, wie oben beschrieben, in Verbindung mit geeigneter Hardware und/oder Firmware.

Claims

Verfahren zum Steuern einer getakteten Leistungsversorgung, das aufweist: Entmagnetisieren einer Sekundärwicklung eines Transformators; Überwachen einer Endbedingung der Entmagnetisierung; Nachverfolgen einer abgelaufenen Zeit, bis die Endbedingung detektiert wird, basierend auf der Überwachung; und Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung, wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Überwachen das Überwachen einer Spannung einer Sekundärwicklung der getakteten Leistungsversorgung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Überwachen das Überwachen einer Spannung einer Hilfswicklung der getakteten Leistungsversorgung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Überwachen der Endbedingung der Entmagnetisierung das Überwachen, wann die Spannung einer Hilfswicklung eine vordefinierte Schwelle kreuzt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Überwachen der Endbedingung weiterhin das Überwachen, wann die Spannung einer Hilfswicklung die vordefinierte Schwelle zum n-ten Mal kreuzt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Endbedingung einen Nulldurchgang der Spannung der Hilfswicklung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Detektieren des Nulldurchgangs der Spannung der Hilfswicklung das Ermitteln eines n-ten Nulldurchgangs aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Nachverfolgen der abgelaufenen Zeit die Verwendung eines Zählers aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die vordefinierte Schwelle zwischen etwa 50 μs und 2 s ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin das erneute Starten der getakteten Leistungsversorgung nach dem Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das erneute Starten der getakteten Leistungsversorgung das erneute Starten der getakteten Leistungsversorgung wenigstens 1 Sekunde nach dem Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung das Herunterfahren eines an eine Primärwicklung des Transformators gekoppelten Primärschalters aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin ein Mit-Energie-Versorgen einer Primärwicklung des Transformators aufweist, das das Einschalten eines Halbleiterschalters, der an die Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Herunterfahren der getakteten Leistungsversorgung das Herunterfahren eines Halbleiterschalters aufweist, der an eine Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist, und das Anhalten einer periodischen Ansteuerung des Halbleiterschalters.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die vordefinierte Schwelle so eingestellt ist, dass sie einen kontinuierlichen Leitungsbetrieb (CCM) verhindert.
Leistungsversorgungscontroller, der aufweist: Eine Schaltercontrollerschaltung, die einen Ausgangsanschluss aufweist, der dazu ausgebildet ist, an einen Steueranschluss eines Schalttransistors, der an eine Primärwicklung eines Transformators gekoppelt ist, gekoppelt zu werden, wobei der Schaltercontroller dazu ausgebildet ist, den Schalttransistor zu veranlassen, die Primärwicklung des Transformators mit Energie zu versorgen; eine Transformatorschnittstellenschaltung, die dazu ausgebildet ist, an einen Transformator gekoppelt zu werden und eine Endbedingung einer Entmagnetisierung einer Sekundärwicklung des Transformators zu überwachen; und eine Timerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine abgelaufene Zeit, bis die Endbedingung durch die Transformatorschnittstellenschaltung detektiert wird, zu überwachen und die Schaltercontrollerschaltung herunterzufahren, wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle übersteigt.
Leistungsversorgungscontroller nach Anspruch 16, bei dem die Transformatorschnittstellenschaltung dazu ausgebildet ist, an eine Hilfswicklung des Transformators gekoppelt zu werden.
Leistungsversorgungscontroller nach Anspruch 17, bei dem die Endbedingung aufweist, dass eine Spannung der Hilfswicklung eine vordefinierte Schwelle kreuzt.
Leistungsversorgungscontroller nach Anspruch 18, bei dem die vordefinierte Schwelle etwa 0 V ist.
Leistungsversorgungscontroller nach Anspruch 18, bei dem die Endbedingung aufweist, dass eine Spannung der Hilfswicklung eine vordefinierte Schwelle n-mal kreuzt.
Leistungsversorgungscontroller nach einem der Ansprüche 16–20, bei dem der Timer einen Zähler aufweist.
Leistungsversorgungscontroller nach einem der Ansprüche 16–21, bei dem die vordefinierte Schwelle zwischen etwa 50 μs und etwa 2 s ist.
Leistungsversorgungscontroller nach einem der Ansprüche 16–22, der weiterhin eine Leistungsmanagementschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Schaltercontroller hochzufahren, nachdem er durch die Timerschaltung heruntergefahren wurde.
Leistungsversorgungscontroller nach Anspruch 23, bei dem die Leistungsmanagementschaltung dazu ausgebildet ist, den Schaltercontroller wenigstens 1 Sekunde nachdem der Schaltercontroller heruntergefahren wurde, hochzufahren.
Leistungsversorgungscontroller nach einem der Ansprüche 16–24, bei dem die Schaltercontrollerschaltung, die Transformatorschnittstellenschaltung und die Timerschaltung in einer integrierten Schaltung angeordnet sind.
Leistungsversorgungscontroller nach einem der Ansprüche 16–25, bei dem die vordefinierte Schwelle so eingestellt ist, dass sie einen kontinuierlichen Leitungsbetrieb (CCM) verhindert.
Getaktete Leistungsversorgung, die aufweist: einen Transformator; einen Schalttransistor, der an eine Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist; eine Schaltercontrollerschaltung, die einen Ausgangsanschluss aufweist, der an einen Steuerknoten eines Schalttransistors gekoppelt ist; eine Transformatorschnittstellenschaltung, die an einen Transformator gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, eine Endbedingung einer Endmagnetisierung einer Sekundärwicklung des Transformators zu überwachen; und eine Timerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine abgelaufene Zeit, bis die Endbedingung durch die Transformatorschnittstellenschaltung detektiert wird, zu überwachen und die Schaltercontrollerschaltung herunterzufahren, wenn die abgelaufene Zeit eine vordefinierte Schwelle übersteigt.
Getaktete Leistungsversorgung nach Anspruch 27, die weiterhin eine Gateansteuerschaltung aufweist, die an den Ausgangsanschluss der Schaltercontrollerschaltung gekoppelt ist.