DE102015111532A1

DE102015111532A1 - Synchrongleichrichtung für Sperrwandler

Info

Publication number: DE102015111532A1
Application number: DE102015111532.8A
Authority: DE
Inventors: Xiao Wu Gong
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-01-21
Also published as: US20160020703A1; CN105281587B; US9787206B2; CN105281587A

Abstract

Es wird ein Sperrwandler beschrieben, der eine integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung (Synchronous Rectification Integrated Circuit, SRIC) aufweist. Die SRIC ist dazu ausgebildet, während eines Einschaltzyklus eine tatsächliche Einschaltzeit zu bestimmen, die einem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, und eine Fehlerzeitdauer zu bestimmen, mit der eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und einer vorhergesagten Einschaltzeit definiert wird, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist. Die vorhergesagte Einschaltzeit definiert ungefähr eine Zeitdauer, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements. Während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements ist die SRIC ferner dazu ausgebildet, das Ausschalten des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum zu verzögern, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist. Nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements ist die SRIC dazu ausgebildet, das sekundäre Schaltelement auszuschalten.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Leistungswandler und genauer Verfahren, die eine Synchrongleichrichtung von Sperrleistungswandlern betreffen.
Einige Sperrwandler können zur Steigerung der Effizienz Synchrongleichrichtungs-Verfahren (auch als „aktive Gleichrichtung“ bekannt) ausführen und auf der Sekundärseite des Wandlers eine integrierte Synchrongleichrichtungs-Schaltung (Synchronous Rectification, SR) zum Steuern eines SR-Schaltelements aufweisen. Die integrierte SR-Schaltung kann Spannungspegeländerungen auf der Sekundärseite erfassen, die den Betriebszustand des primären Schaltelements angeben, das sich auf der Primärseite des Wandlers befindet. Die integrierte SR-Schaltung kann das Schaltelement steuern und auf der Basis der erfassten Spannungspegeländerungen bewirken, dass sich das SR-Schaltelement mit dem primären Schaltelement synchronisiert, so dass das SR-Schaltelement und das primäre Schaltelement „synchron“ und mit zueinander passenden Betriebszuständen funktionieren.
Einige Nachteile integrierter SR-Schaltungen bestehen darin, dass sie für einige Sperrwandler, die andernfalls von Synchrongleichrichtung profitieren würden, allgemein zu teuer und/oder zu kompliziert sein können. So kann für einige Anwendungen von Sperrwandlern zum Beispiel eine integrierte SR-Schaltung notwendig sein, die sehr hohen Spannungen widerstehen kann, und so gesehen eine sehr hohe Durchbruchspannung (z. B. > 200 V) aufweist. Zusätzlich können einige Anwendungen die integrierte SR-Schaltung benötigen, um sehr niedrige negative Spannungspegel (z. B. ungefähr –10 mV) zu detektieren. Schließlich kann es sein, dass die integrierte SR-Schaltung präzise (z. B. im Verhältnis zu den Schaltoperationen des primären Elements) unabhängig von den Anforderungen funktionieren muss, die dem Eingangs- und Ausgangsspannungspegel des Sperrwandlers und/oder der Betriebsfrequenz des Sperrwandlers zugeordnet sind.
Allgemein sind Schaltungen und Verfahren beschrieben, die es einem Sperrwandler ermöglichen, ungeachtet der Eingangsspannung, der Ausgangsspannung und/oder der Schaltfrequenz des Sperrwandlers prädiktive Zeitsteuerungsverfahren zur Durchführung synchroner Gleichrichtung zu verwenden. Der Sperrwandler weist eine integrierte Synchrongleichrichtungs-(SR)-Schaltung (engl.: synchronous rectification integrated circuit, SR IC) auf, um zu bewirken, dass ein SR-Schaltelement „synchron mit“ einem primären Schaltelement einschaltet und ausschaltet. Die SR IC kann ihre Zeitsteuerung nach aufeinanderfolgenden Schaltzyklen automatisch anpassen, um zu bewirken, dass das SR-Schaltelement synchron mit dem primären Schaltelement mit ständig zunehmender Präzision schaltet.
So kann die SR IC zum Beispiel bewirken, dass das SR-Schaltelement wenigstens teilweise auf der Basis des Spannungspegels an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators des Sperrwandlers einschaltet. Danach kann die SR IC wenigstens teilweise auf der Basis des Strompegels an der sekundärseitigen Wicklung des Sperrwandlers die Zeitdauer bestimmen, welche die sekundärseitige Wicklung zur Entmagnetisierung benötigen wird. Die SR IC kann auf der Basis der vorhergesagten Entmagnetisierungszeitdauer bestimmen, wann eine primärseitige Steuerung bewirken wird, dass das primäre Schaltelement ausschaltet. Die SR IC kann ihre Vorhersage über die sekundärseitige Entmagnetisierungszeitdauer unter Verwendung von Kompensationsverfahren verbessern. Im Verlaufe der Zeit kann das Ausschalten des SR-Schaltelements immer präziser werden, und das Ausschalten des SR-Schaltelements kann immer weiter mit dem Ausschalten des primären Schaltelements synchronisiert werden.
In einem Beispiel bezieht sich die Offenbarung auf ein Verfahren, welches beinhaltet, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an einer sekundärseitigen Wicklung eines Transformators eines Sperrwandlers, eine vorhergesagte Einschaltzeit zu bestimmen, die einem sekundären Schaltelement eines Sperrwandlers zugeordnet ist, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus, und das Bestimmen einer Fehlerzeitdauer, wobei die Fehlerzeitdauer ungefähr eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit definiert, während des Anfangsschaltzyklus. Das Verfahren beinhaltet ferner während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für eine Zeitdauer, die ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus. Das Verfahren beinhaltet ferner nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus.
In einem anderen Beispiel bezieht sich die Offenbarung auf eine Leistungswandlerschaltung, die einen Transformator, der dafür ausgelegt ist, Energie zwischen einer Primärseite der Leistungswandlerschaltung und einer Sekundärseite der Leistungswandlerschaltung zu speichern, ein primäres Schaltelement, das mit einer primärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist, ein sekundäres Schaltelement, das mit einer sekundärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist, und eine integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung aufweist. Die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ist dazu ausgebildet, eine tatsächliche Einschaltzeit zu bestimmen, die dem sekundären Schaltelement während eines Anfangsschaltzyklus zugeordnet ist, und eine Fehlerzeitdauer zu bestimmen, mit der eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit ungefähr definiert wird, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements. Die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ist ferner dazu ausgebildet, während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das Ausschalten des sekundären Schaltelements für eine Zeitdauer zu verzögern, die ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus. Die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ist ferner dazu ausgebildet, nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus auszuschalten.
In einem weiteren Beispiel bezieht sich die Offenbarung auf eine Leistungswandlerschaltung, die Mittel umfasst, um wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an einer sekundärseitigen Wicklung eines Transformators eines Sperrwandlers, während eines anfänglichen Schaltzyklus des sekundären Schaltelements eine vorhergesagte Einschaltzeit zu bestimmen, die einem sekundären Schaltelement eines Sperrwandlers zugeordnet ist, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer ist, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern. Die Leistungswandlerschaltung weist ferner Mittel auf zum Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus, Mittel zum Bestimmen einer Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit während des Anfangsschaltzyklus, und Mittel, um während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das Ausschalten des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum zu verzögern, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist. Die Leistungswandlerschaltung umfasst ferner Mittel, um nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus auszuschalten.
Die Einzelheiten eines oder mehrerer Beispiele sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Offenbarung sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Patentansprüchen ersichtlich.
1 ist ein Blockschaltbild, das ein beispielhaftes System zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsquelle gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 ist ein Schaltbild, das einen beispielhaften Leistungswandler des in 1 gezeigten beispielhaften Systems veranschaulicht, der nicht dazu ausgebildet ist, Synchrongleichrichtung durchzuführen.
3 ist ein Zeitsteuerungsschaubild, das verschiedene Spannungseigenschaften des in 2 gezeigten beispielhaften Leistungswandlers veranschaulicht.
4 ist ein Schaltbild, das einen beispielhaften Leistungswandler des in 1 gezeigten beispielhaften Systems veranschaulicht, der dazu ausgebildet ist, Synchrongleichrichtung gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
5 ist ein Schaltbild, das eine beispielhafte integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung des in 4 gezeigten beispielhaften Systems veranschaulicht.
6 ist ein Zeitsteuerungsschaubild, das verschiedene Spannungseigenschaften der in 5 gezeigten beispielhaften integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7 ist ein Zeitsteuerungsschaubild, das eine verbesserte Ansicht eines sekundärseitigen Spannungspegels, der in die in 5 gezeigte beispielhafte integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung eingegeben wird, gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Operationen der in 5 gezeigten beispielhaften integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 bis 11 sind Schaltbilder, die beispielhafte Leistungswandler des in 1 gezeigten beispielhaften Systems veranschaulichen, die dazu ausgebildet sind, Synchrongleichrichtung durchzuführen, ohne den Vorteil eines Aspekts oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Offenbarung.
1 ist ein Blockschaltbild, das ein System 1 zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsquelle 2 gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 1 zeigt das System 1 mit drei einzelnen und voneinander getrennten Komponenten, die als Leistungsquelle 2, Leistungswandler 6 und Last 4 dargestellt sind, jedoch kann das System 1 weitere oder weniger Komponenten aufweisen. Die Leistungsquelle 2, der Leistungswandler 6 und die Last 4 können drei einzelne Komponenten sein oder sie können eine Kombination aus einer oder mehreren Komponente(n) darstellen, welche die Funktionalität von System 1 wie hier beschrieben bereitstellt/bereitstellen.
Das System 1 weist die Leistungsquelle 2 auf, welche dem System 1 elektrische Leistung bereitstellt. So sind zahlreiche Beispiele für die Leistungsquelle 1 vorhanden und können Energieversorgungsnetze, Generatoren, Transformatoren, Batterien, Solarzellen, Windkraftanlagen, regenerative Bremssysteme, hydroelektrisch oder windbetriebene Generatoren oder jede andere beliebige Art von Vorrichtungen einschließen, die das System 1 mit elektrischer Leistung versorgen können, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Das System 1 weist einen Leistungswandler 6 auf, der als Sperrwandler betrieben wird. Der Leistungswandler 6 kann einen oder mehrere Transformatoren aufweisen, um die Leistung, die auf der Primärseite des einen Transformators oder der mehreren Transformatoren eingegeben wird, zu Leistung umzuwandeln, die an die Last 4 ausgegeben wird, die mit einer Sekundärseite des einen Transformators oder der mehreren Transformatoren gekoppelt ist.
Das System 1 weist ferner eine Last 4 auf. Die Last 4 nimmt die elektrische Leistung (z. B. Spannung und Strom) auf, die durch den Leistungswandler 6 umgewandelt wird. In einigen Beispielen geht die Leistung, die durch den Leistungswandler 6 umgewandelt wird, durch ein (nicht gezeigtes) Filter bevor sie die Last 4 erreicht. In einigen Beispielen ist das Filter eine Teilkomponente des Leistungswandlers 6, eine externe Komponente des Leistungswandlers 6 und/oder eine Teilkomponente der Last 4. Auf jeden Fall kann die Last 4 (die hier manchmal als Vorrichtung 4 bezeichnet wird) die gefilterte oder ungefilterte elektrische Leistung vom Leistungswandler 6 verwenden, um eine Funktion auszuführen.
So existieren zahlreiche Beispiele für die Last 4, die Datenverarbeitungsvorrichtungen und zugehörige Komponenten wie etwa Mikroprozessoren, elektrische Komponenten, Schaltungen, Laptop-Computer, Desktop-Computer, Tablet-Computer, Mobiltelefone, Batterien, Lautsprecher, Beleuchtungseinheiten, Komponenten in den Bereichen Kfz/Schifffahrt/Luftfahrt/Bahnverkehr, Motoren, Transformatoren oder jegliche andere Art elektrischer Vorrichtung und/oder Schaltung, die eine Spannung oder einen Strom von einem Leistungswandler empfängt, beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Leistungsquelle 2 kann elektrische Leistung mit einem ersten Spannungs- und Strompegel über die Verbindung 8 bereitstellen. Die Last 4 kann über die Verbindung 10 elektrische Leistung mit einem zweiten Spannungs- und Strompegel erhalten, die durch den Leistungswandler 6 umgewandelt wurde. Die Verbindungen 8 und 10 stehen für ein beliebiges Medium, das elektrische Leistung von einem Ort zu einem anderen leiten kann. Beispiele der Verbindungen 8 und 10 beinhalten physische und/oder drahtlose elektrische Übertragungsmedien wie beispielsweise elektrische Drähte, elektrische Leiterbahnen, leitfähige Gasrohre, verdrillte Leiterpaare und dergleichen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Jede der Verbindungen 8 und 10 stellt eine elektrische Kopplung zwischen der Leistungsquelle 2 und dem Leistungswandler 6 beziehungsweise dem Leistungswandler 6 und der Last 4 bereit. Darüber hinaus stellt die Verbindung 10 eine Rückkopplungsschleife oder -schaltung bereit, um Informationen an den Leistungswandler 6 zu übertragen, die mit den Eigenschaften des Leistungsausgangs zusammenhängen, welcher von der Last 4 aufgenommen wird.
Im Beispiel von System 1 kann von der Leistungsquelle 2 gelieferte elektrische Leistung vom Wandler 6 in Leistung umgewandelt werden, die einen geregelten Spannungs- und/oder Strompegel aufweist, der/die den Leistungsanforderungen der Last 4 entspricht/entsprechen. Beispielsweise kann auf Verbindung 8 die Leistungsquelle 2 Leistung ausgeben, die einen ersten Spannungspegel aufweist, und der Leistungswandler 6 kann diese aufnehmen. Der Leistungswandler 6 kann die Leistung mit dem ersten Spannungspegel in Leistung umwandeln, die einen zweiten Spannungspegel aufweist, welcher für die Last 4 erforderlich ist. Der Leistungswandler 6 kann die Leistung mit dem zweiten Spannungspegel auf Verbindung 10 ausgeben.
Die Last 4 kann die Leistung mit dem zweiten Spannungspegel auf der Verbindung 10 empfangen. Die Last 4 kann die Leistung mit dem zweiten Spannungspegel verwenden, um eine Funktion auszuführen (z. B. einen Mikroprozessor mit Strom zu versorgen, eine Batterie zu laden etc.). Der Leistungswandler 6 kann über die Verbindung 10 Informationen empfangen, die der Leistung mit dem zweiten Spannungspegel zugeordnet sind. Beispielsweise können Regelungs-(z. B. Stromerkennungs)-Schaltungen des Leistungswandlers 6 den Spannungs- oder Strompegel des Leistungsausgangs auf der Verbindung 10 erkennen, und eine Steuereinheit des Wandlers 6 kann den Leistungsausgang auf der Verbindung 10 auf der Basis des erkannten Spannungs- oder Strompegels einstellen, um zu bewirken, dass der gefilterte Leistungsausgang einen anderen Spannungs- oder Strompegel hat, der in ein Spannungs- oder Strompegel-Toleranzfenster fällt wie für die Last 4 erforderlich.
2 ist ein Schaltbild, das einen Leistungswandler 6A als ein Beispiel des Leistungswandlers 6 von System 1 aus 1 veranschaulicht, der nicht dazu ausgebildet ist, Synchrongleichrichtung durchzuführen. Der Leistungswandler 6A weist den Transformator 22 auf. Der Transformator 22 stellt die Isolierung zwischen einer Primärseite des Leistungswandlers 6A und einer Sekundärseite des Leistungswandlers 6A bereit. Die primäre Steuerung 12 ist als eine optionale Komponente gezeigt, die als Bestandteil des Wandlers 6A vorhanden sein kann oder nicht.
Der Primärseite des Leistungswandlers 6A weist den Gleichrichter 28, den Eingangskondensator 29 und das primäre Schaltelement 25 auf, das in Reihe zwischen dem Gleichrichter 28 und der primären Wicklung 24A angeordnet ist. Im Beispiel von 2 besteht das primäre Schaltelement aus einem Leistungs-MOSFET und weist den MOSFET 27A und die Bodydiode 27B auf.
Die Sekundärseite des Leistungswandlers 6A weist das sekundäre Element 26 auf, das in Reihe zwischen der sekundären Wicklung 24B und, über die Verbindung 10, der Last 4 angeordnet ist. Im Beispiel von 2 ist das sekundäre Element 26 eine Diode. Die Sekundärseite weist auch den Ausgangskondensator 30 parallel zur Last 4 auf.
Beim Betrieb kann die primäre Steuerung 12 dem primären Schaltelement 25 ein Gatesteuersignal, welches bewirkt, dass der MOSFET 27A öffnet oder schließt, über die Verbindung 16 bereitstellen. Die primäre Steuerung 12 kann ein Gatesignal über die Verbindung 16 erzeugen, das bewirkt, dass der MOSFET 27A in einem Durchlasszustand funktioniert und demzufolge bewirkt, dass ein Strom von der Quelle 2 über die Verbindung 8 durch die primäre Wicklung 24A fließt. Die primäre Steuerung 12 kann ein unterschiedliches Gatesignal erzeugen, das bewirkt, dass der MOSFET 27A im Sperrzustand funktioniert und demzufolge den Strom daran hindert, von der Quelle 2 über die Verbindung 8 durch die primäre Wicklung 24A zu fließen. Die primäre Steuerung 12 kann das Gatesteuersignal zum MOSFET 27A des primären Schaltelements 25 modulieren. Auf diese Weise kann die Steuerung 12 bewirken, dass der Wandler 6A die Ausgangsspannung V_OUT variiert, die der Wandler 6A über die Verbindung 10 ausgibt.
Während eines Schaltzyklus, wenn das sekundäre Element 26 in Sperrrichtung vorgespannt wird, wird der Laststrom (I_OUT) vom Ausgangskondensator 30 zugeführt. Der Ausgangskondensator 30 hat typischerweise eine Kapazität, die groß genug ist, um die erforderliche Menge an Laststrom I_OUT für den Zeitraum T_ON zuzuführen, während gleichzeitig auch dem maximalen spezifizierten Absinken der Ausgangsspannung V_OUT entsprochen wird.
3 ist ein Zeitsteuerungsschaubild, das verschiedene Spannungseigenschaften des in 2 gezeigten Leistungswandlers 6A veranschaulicht. 3 zeigt die Kurven 31 bis 35 während eines Schaltzyklus T_S des Wandlers 6A zwischen den Zeitpunkten t0 und t1.
Die Kurve 31 zeigt den Gateimpuls Q_1PWM für den MOSFET 27A während des Schaltzyklus T_S. Während des Zeitraums T_ON des Schaltzyklus T_S ist der Gateimpuls Q_1PWM hoch und während des Zeitraums T_OFF ist der Gateimpuls Q_1PWM niedrig.
Die Kurve 32 zeigt die Spannung V_P an der primären Wicklung 24A des Transformators 22 während des Schaltzyklus T_S. Während des Zeitraums T_ON des Schaltzyklus T_S ist die Spannung V_P gleich V_IN von Quelle 2 über die Verbindung 8, und während des Zeitraums T_OFF ist die Spannung V_P gleich der Klemmspannung V_CLAMP, die der Bodydiode 27B zugeordnet ist.
Die Kurve 33 zeigt den Strom I_SW durch den MOSFET 27A während des Schaltzyklus T_S. Während des Zeitraums T_ON des Schaltzyklus T_S steigt der Strom I_SW linear von einem Anfangsstrompegel I₁ zu einer Spitze oder dem maximalen Strom I_PK. Während des Zeitraums T_OFF ist der Strom I_SW gleich null Ampere.
Die Kurve 34 zeigt den Strom I_D1 durch das sekundäre Element 26 während des Schaltzyklus T_S. Während des Zeitraums T_ON des Schaltzyklus T_S ist der Strom I_D1 gleich null Ampere. Während des Zeitraums T_OFF nimmt der Strom I_D1 linear ab (mit einer Rate, die vom Wicklungsverhältnis des Transformators 22 (N_P/N_S) abhängt) (wobei z. B. N_P die Wicklungsanzahl der primärseitigen Wicklung 24A ist und N_S die Wicklungsanzahl der sekundärseitigen Wicklung 24B ist und (I_PK) der maximale Ausgangsstrom ist, multipliziert mit dem Wicklungsverhältnis).
Die Kurve 35 zeigt die Spannung V_Q1 am MOSFET 27A während des Schaltzyklus T_S. Während des Zeitraums T_ON des Schaltzyklus T_S beträgt die Spannung V_Q1 ungefähr null Volt. Während des Zeitraums T_OFF regelt sich die Spannung V_Q1 bei einer Spannung ein, die gleich der Eingangsspannung V_IN plus der Klemmspannung V_CLAMP ist, wobei V_CLAMP die sekundärseitige Ausgangsspannung V_OUT multipliziert mit dem Drehverhältnis des Transformators 22 (N_P/N_S) ist.
Wie in 3 gezeigt, ist, falls das sekundäre Element 26 eine Diode ist, das sekundäre Element 26 eine „Leistungsverlust“-Vorrichtung. Die dem sekundären Element 26 zugeordnete Leistung kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden (GLEICHUNG 1). P_SECONDARY = (V_FR + V_OUTPUT)·I_OUTPUT GLEICHUNG 1
Der Leistungsverlust am sekundären Element 26 ist V_FR multipliziert mit I_OUTPUT, wobei V_FR die Durchlassspannung des sekundären Elements 26 ist. Wenn V_FR ansteigt und/oder V_OUTPUT abnimmt, nimmt der Wirkungsgrad des Wandlers 6A ab. Zur Erhöhung des Wirkungsgrads führen einige Sperrwandler Synchrongleichrichtungs(SR)-Verfahren aus, indem die sekundärseitige Diode (z. B. das sekundäre Element 26) durch einen SR-Leistungs-MOSFET ersetzt wird, der synchron mit dem primären Schaltelement einschaltet und ausschaltet.
4 ist ein Schaltbild, das einen beispielhaften Leistungswandler 6B als ein Beispiel des Leistungswandlers 6 von System 1 aus 1 veranschaulicht, der dazu ausgebildet ist, Synchrongleichrichtung gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung auszuführen. Der Leistungswandler 6A wird im Zusammenhang mit System 1 von 1 beschrieben.
Der Leistungswandler 6B weist den Transformator 22 zum Bereitstellen von Isolierung zwischen einer Primärseite des Leistungswandlers 6B und einer Sekundärseite des Leistungswandlers 6B auf. Die Primärseite des Leistungswandlers 6B weist den Gleichrichter 28, den Eingangskondensator 29, das primäre Schaltelement 25 und die primäre Steuerung 12 auf. Das primäre Schaltelement 25 ist in Reihe zwischen dem Gleichrichter 28 und der primären Wicklung 24A des Transformators 22 angeordnet. Die primäre Steuerung 12 liegt auf der Primärseite des Wandlers 6B, hauptsächlich um die Modulation des primären Schaltelements 25 zu steuern.
Die Sekundärseite des Leistungswandlers 6B weist den Ausgangskondensator 30 parallel zur Last 4 und das sekundäre Schaltelement 40 (z. B. einen Leistungs-MOSFET) auf, das in Reihe zwischen der sekundären Wicklung 24B und dem Ausgangskondensator 30 / der Last 4 angeordnet ist. Die Sekundärseite des Wandlers 6B, auch Spannungsteiler 44, und weist die integrierte Synchrongleichrichtungs(SR)-Schaltung (IC) 42 auf (vereinfacht mit „SRIC 42“ bezeichnet).
Die SRIC 42 ist dazu ausgebildet, das sekundäre Schaltelement 40 zu steuern, um Synchrongleichrichtung stellvertretend für den Wandler 6B durchzuführen. Unter Verwendung der SRIC 42 kann der Leistungswandler 6B während der Durchführung synchroner Gleichrichtung, trotz der Eingangsspannung auf der Verbindung 8, der Ausgangsspannung auf Verbindung 10 und/oder der Schaltfrequenz des primären Schaltelements 25, prädiktive Zeitsteuerungsverfahren ausführen.
Die SRIC 42 kann Gatesteuersignale über die Verbindung 48B senden, um zu bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 abhängig von den Spannungen einschaltet oder ausschaltet, welche die SRIC 42 auf den Verbindungen 48A und 48C erkennt. Die SRIC 42 kann Synchrongleichrichtungsverfahren ausführen, ohne dass die Notwendigkeit, sehr hohen Spannungen (z. B. > 200 V) zu widerstehen, oder die Erfordernis, sehr niedrige negative Spannungen (z. B. ungefähr –10 mV) zu erkennen. Darüber hinaus kann die Präzision der SRIC 42 (z. B. wie genau die SRIC 42 bewirken kann, dass das sekundäre Schaltelement 40 synchron mit dem Einschalten und Ausschalten des primären Schaltelements 25 einschaltet und ausschaltet) sehr hoch sein, weil die Präzision der SRIC 42, im Gegensatz zu anderen Arten integrierter Synchrongleichrichtungsschaltungen, unter Umständen nicht von der Eingangsspannung, der Ausgangsspannung und/oder der Betriebsfrequenz abhängt.
Die SRIC 42 weist die Vorhersageeinheit 76 und Kompensationseinheit 78 auf. Die Vorhersageeinheit 76 kann steuern, wann das sekundäre Schaltelement 40 während der Synchrongleichrichtung einschaltet und ausschaltet. Die Kompensationseinheit 78 kann die Zeitsteuerung der Synchrongleichrichtung der Vorhersageeinheit 76 mit jedem Schaltzyklus dergestalt anpassen, dass sich die Präzision des Einschaltens und Ausschaltens des sekundären Schaltelements 40 im Verlaufe der Zeit verbessert.
Die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 bewirkt, dass das sekundäre Schaltelement 40 „synchron“ mit dem Einschalten und Ausschalten des primären Schaltelements 25 einschaltet und ausschaltet (z. B. während die primäre Steuerung 12 das primäre Schaltelement 25 moduliert, um einen Spannungsausgang an der Verbindung 10 zu erzeugen). Während die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 bewirkt, dass das sekundäre Schaltelement 40 wenigstens teilweise auf der Basis des Spannungspegels an der sekundärseitigen Wicklung 24B des Transformators 22 einschaltet, bewirkt die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42, dass das sekundäre Schaltelement 40 wenigstens teilweise auf der Basis des Strompegels an der sekundären Wicklung 24B ausschaltet. Ausgehend vom Strom an der sekundären Wicklung 24B bestimmt die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 die Zeitdauer, welche die sekundärseitige Wicklung 24B zur Entmagnetisierung benötigen wird, und bestimmt auf der Basis der vorhergesagten Entmagnetisierungszeitdauer, wann das primäre Element 25 wahrscheinlich ausschalten wird.
Die Kompensationseinheit 78 der SRIC 42 kann die Vorhersage der Entmagnetisierungszeitdauer verbessern, welche die Vorhersageeinheit 76 berechnet. Im Verlaufe der Zeit kann die Kompensationseinheit 78 das Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 bewirken, damit das Ausschalten synchronisierter mit dem Ausschalten des primären Schaltelements 25 erfolgt. Die Kompensationseinheit 78 kann zum Beispiel die vorhergesagte Entmagnetisierungszeitdauer mit der tatsächlichen Entmagnetisierungszeitdauer eines vorausgehenden Schaltzyklus vergleichen, um zu bewirken, dass die Vorhersageeinheit 76, ihre Entmagnetisierungszeitdauer-Vorhersage für einen darauffolgenden Schaltzyklus aktualisiert.
Beim Betrieb kann die SRIC 42 ein Gatesteuersignal über die Verbindung 48B erzeugen, um zu bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 einschaltet oder ausschaltet. Die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 kann bewirken, dass die SRIC 42 das Gatesteuersignal auf der Verbindung 48B auf der Basis prädiktiver Zeitsteuerungsverfahren erzeugt, die sich auf den Spannungs- oder Strompegel stützen, der an der Sekundärseite des Wandlers 6B über die Verbindungen 48A und 48C erkannt wird.
Die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 kann die Spannung an der sekundärseitigen Wicklung 24B überwachen, und auf der Basis der Spannung vorhersagen, wann das primäre Schaltelement 25 eingeschaltet hat. Anhand der Informationen, die über die Verbindung 48A vom Spannungsteiler 44 erhalten wurden, kann die Vorhersageeinheit 76 bestimmen, ob die Spannung an der sekundären Wicklung 24B geringer als ein Niederspannungsschwellenwert (VLTH) ist. Die Vorhersageeinheit 76 kann ableiten, dass die primäre Steuerung 12 bewirkt hat, dass das primäre Schaltelement 25 einschaltet, wenn der Spannungspegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B den Niederspannungsschwellenwert erfüllt (z. B. weniger als oder gleich null Volt ist). In Reaktion auf das Bestimmen, dass die Spannung den Niederspannungsschwellenwert erfüllt und dass das primäre Schaltelement 25 eingeschaltet hat, kann die Vorhersageeinheit 76 bewirken, dass die SRIC 24 ein Gatesignal über die Verbindung 48A erzeugt, wodurch gleichzeitig bewirkt wird, dass das sekundäre Schaltelement 40 mit dem Einschalten des primären Elements 25 einschaltet. Auf diese Weise bewirken die SRIC 24 und die primäre Steuerung 12, dass das primäre Element 25 und das sekundäre Schaltelement 40 synchron einschalten.
Zur Bestimmung, wann das sekundäre Schaltelement 40 ausgeschaltet werden soll, stützt sich die SRIC 42 auf prädiktive Zeitsteuerungsverfahren, die durch die Vorhersageeinheit 76 ausgeführt und durch die Kompensationseinheit 78 verbessert werden. Dadurch ermöglichen die Einheiten 76 und 78 der SRIC 42, dass der Wandler 6B ein Synchrongleichrichtungs-Schaltelement, wie beispielsweise das sekundäre Schaltelement 40, mit weitaus weniger Komplexität, Präzision und Kosten ausschaltet als andere Leistungswandler. Anstatt sich auf übermäßig komplizierte und teure Komponenten zum Analysieren der sekundärseitigen Spannungspegel zu verlassen und Vergleiche mit sehr niedrigen Spannungsschwellenwerten vorzunehmen, um zu bestimmen, wann ein Schaltelement einer Synchrongleichrichtung ausgeschaltet werden soll, sagt die Einheit 76 einfach eine Verzögerungszeitdauer (T_DET) (auch als die „Einschaltzeit“ bezeichnet) voraus, bevor automatisch bewirkt wird, dass das Schaltelement 40 ausschaltet.
Die SRIC 42 kann das sekundäre Schaltelement 40 unabhängig vom detektierten Spannungspegel an der sekundären Wicklung 24B ausschalten. Die Einheit 76 der SRIC 42 kann ihre Vorhersage von T_DET (z. B. die Einschaltzeit des sekundären Schaltelements 40) auf die in den folgenden GLEICHUNGEN 2 bis 8 gezeigten Ableitungen stützen. Die Kompensationseinheit 78 kann die Präzision der Steuerung des sekundären Schaltelements 40 verbessern, indem sie bewirkt, dass die Vorhersageeinheit 76 Fehler zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit, die durch das sekundäre Schaltelement 40 während eines vorausgehenden Schaltzyklus realisiert wurde, und der vorhergesagten Einschaltzeit kompensiert. Anders ausgedrückt, die Kompensationseinheit 78 kann Anpassungen in der Art bewirken, wie die Vorhersageeinheit 76 das Element 40 steuert, so dass das Element 40 eine Einschaltzeit hat, die der vorhergesagten Einschaltzeit T_DET näher kommt. So kann das Element 40 zum Beispiel eine tatsächliche Einschaltzeit haben, die innerhalb einer Toleranz (z. B. +/– eine bis zehn Mikrosekunden, eine bis zehn Millisekunden etc.) der vorhergesagten Einschaltzeit T_DET liegt.
Die Gleichung 2 zeigt, dass im lückenden Betriebsmodus (DCM), wenn das primäre Schaltelement 25 für die Zeitdauer T_OFF ausgeschaltet ist, der maximale oder „Spitzen“-Strompegel der sekundärseitigen Wicklung 24B (I_SP) erreicht ist. In GLEICHUNG 2 ist (I_PP) der Spitzenstrom der primärseitigen Wicklung 24A, (N_P) steht für die Anzahl an Windungen, die der primärseitigen Wicklung 24A zugeordnet sind, und (N_S) ist die Anzahl an Windungen an der sekundärseitigen Wicklung 24B.
Wenn das primäre Schaltelement 25 für die Zeitdauer (T_ON) eingeschaltet ist, ist der maximale oder „Spitzen“-Strompegel der primärseitigen Wicklung 24A (I_PP) erreicht, der durch GLEICHUNG 3 angegeben wird. In GLEICHUNG 3 ist (L_P) die Induktivität der primärseitigen Wicklung 24A und (V_IN) ist die primärseitige Eingangsspannung von der Quelle 2.
GLEICHUNG 4 zeigt auch, dass der Spitzenpegel des Stroms der sekundärseitigen Wicklung 24B (I_SP) proportional zu einem Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung (V_OUT) am Ausgangskondensator 30 und an der Last 4, der Zeitdauer, welche die sekundärseitige Wicklung 24B zur Entmagnetisierung (T_DET) benötigt, und der Induktivität der primärseitigen Wicklung 24A (LS) ist.
Dementsprechend kann durch Ersetzen der Terme der GLEICHUNG 2 mit jeweiligen äquivalenten Termen der GLEICHUNG 3 und der GLEICHUNG 4 (wie durch die GLEICHUNGEN 5, 6 und 7 gezeigt) die Einschaltzeit des sekundären Schaltelements 40 (T_DET) nach GLEICHUNG 8 berechnet werden.
Die GLEICHUNGEN 5 bis 7 sind auf der Basis der Annahme abgeleitet, dass die durchschnittliche Spannung des Transformators 22 während des stationären Zustands während einer vollständigen Schaltperiode, T_ON + T_OFF, gleich null Volt ist. Das Produkt der Ladespannung (V_IN/n) und Ladezeit (T_ON) ist gleich dem Produkt der Entladespannung (V_OUT) und Entladezeitdauer (T_DET).
Im Beispiel von 4 kann die SRIC 42 den Spannungspegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B über die Verbindungen 48A und/oder 48C erfassen. Wenn das primäre Schaltelement 25 (z. B. während T_ON) eingeschaltet ist, kann die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 bestimmen, ob bewirkt werden soll, dass das sekundäre Schaltelement 40 auf der Basis der auf der Verbindung 48A erfassten Spannung einschaltet oder ausschaltet. Wenn die Spannung auf der Verbindung 48 zum Beispiel bis auf einen Niederspannungsschwellenwert oder darunter abfällt (z. B. wenn die Bodydiode des sekundären Schaltelements 40 beginnt zu leiten und die Spannung an der sekundärseitigen Wicklung 24B auf null abfällt), kann die SRIC 42 bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 einschaltet.
Die Vorhersageeinheit 76 kann bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 nach der vorhergesagten Zeit T_DET automatisch ausschaltet. Die Vorhersageeinheit 76 kann zum Beispiel, nachdem sie bewirkt hat, dass das sekundäre Schaltelement 40 einschaltet, unter Verwendung eines Algorithmus auf der Basis der vorstehend gezeigten GLEICHUNGEN 2 bis 8 bestimmen, wann T_DET abgelaufen ist. Wenn die Vorhersageeinheit 76 bestimmt, dass T_DET abgelaufen ist, kann die Vorhersageeinheit 76 das Gateansteuersignal auf der Verbindung 48B verändern, um zu bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 ausschaltet. Auf diese Weise kann die Vorhersageeinheit 76 der SRIC 42 dem Wandler 6B eine kostengünstige Art bereitstellen, mit sehr hoher Präzision zu bestimmen, wann das sekundäre Schaltelement 40 als Bestandteil eines Synchrongleichrichtungssteuermodells ausgeschaltet werden soll, ohne Anschlüsse oder Komponenten anwenden zu müssen, die sehr hohen Spannungen widerstehen können, und ohne sehr niedrige negative Spannungspegel erkennen zu müssen.
Die Kompensationseinheit 78 der SRIC 42 kann „Kompensations-“ oder „Fehlerkorrektur“-Verfahren ausführen, um die Präzision des Schaltens des sekundären Schaltelements 40 zu verbessern. Die Kompensationseinheit 78 kann bewirken, dass die Vorhersageeinheit 76 die tatsächliche „Einschaltzeit“, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, so reduziert oder erhöht, dass die tatsächliche Einschaltzeit der vorhergesagten Einschaltzeit T_DET aus den GLEICHUNGEN 2 bis 8 näher kommt.
Während eines Anfangsschaltzyklus bewirkt die Vorhersageeinheit 76 zum Beispiel, dass das Schaltelement 40 nach der Zeit T_DET ausschaltet. Die Kompensationseinheit 78 kann die tatsächliche Dauer der Einschaltzeit messen, die dem sekundären Schaltelement 40 während des Anfangsschaltzyklus zugeordnet ist. Die Kompensationseinheit 78 kann eine Differenz zwischen der Dauer der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten T_DET identifizieren. Während eines darauffolgenden Schaltzyklus kann die Kompensationseinheit 78 bewirken, dass die Vorhersageeinheit 76 die identifizierte Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit des vorhergehenden Schaltzyklus und der vorhergesagten Einschaltzeit T_DET kompensiert, indem sie bewirkt, dass die Vorhersageeinheit 76 die Einschaltzeit des sekundären Schaltelements 40 abhängig von der durch die Kompensationseinheit 78 identifizierten Differenz verlängert oder verkürzt.
5 ist ein Schaltbild, das die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung (SRIC) 42A als ein Beispiel der SRIC 42 des in 4 gezeigten Leistungswandlers 6B veranschaulicht. 5 wird nachstehend im Zusammenhang mit dem Wandler 6B und der SRIC 42 von 4 beschrieben.
Die SRIC 42A weist die Vorhersageeinheit 76 und die Kompensationseinheit 78 auf. Die SRIC 42A weist verteilt auf die Einheiten 76 und 78 die Operationsverstärker 50A und 50B, die Komparatoren 50C bis 50F, den Haltespeicher 52, die Schalter 54A bis 54C, die Kondensatoren 56A und 56B, den Umrichter 58, die internen Widerstände 64C bis 64E, den Transistor 66, die Stromquelle 68A und die Stromsenke 68B und die Logikeinheiten 70, 72 und 74 auf. Die SRIC 42A ist mit den Verbindungen 48A bis 48C gekoppelt.
Die SRIC 42A ist mit dem externen Spannungsteiler 44 über die Verbindung 48A gekoppelt. Der Spannungsteiler 44 weist die externen Widerstände 64A bis 64B auf. Der Widerstand 64A hat einen Widerstand von R1 und der Widerstand 64B hat einen Widerstand von R2.
Die internen Widerstände 64C und 64D bilden einen internen Widerstandsteiler der SRIC 42A. Die internen Widerstände 64C und 64D teilen die Spannung auf der Verbindung 48C (z. B. die Ausgangsspannung V_OUT des Wandlers 6B). Der Widerstand 64C hat einen Widerstand von R3 und der Widerstand 64D hat einen Widerstand von R4.
Der Widerstand 64E hat einen Widerstand von R5. Der Widerstand 64E bildet eine Hälfte einer Integratorkomponente der Vorhersageeinheit 76. Die andere Hälfte des Integrators der Vorhersageeinheit 76 besteht aus dem Kondensator 56A.
Im Beispiel von 5 hat jeder Komparator 50C bis 50F einen jeweiligen Eingang, der an einen Schwellenwert gebunden ist, der durch die SRIC 42A beim Ausführen prädiktiver Zeitsteuerungs- und Kompensationsverfahren verwendet wird. Ein Eingang des Komparators 50C kann zum Beispiel an einen Spannungsschwellenwert (z. B. den Wert „VTH_1“) gebunden sein, der ungefähr gleich oder wenigstens proportional zu einem typischen anfänglichen Spannungspegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B ist, nachdem das primäre Element 25 vom Betrieb in einem ausgeschalteten Zustand in einen Betrieb in einem eingeschalteten Zustand übergeht. Ein Eingang des Komparators 50D kann an einen Spannungsschwellenwert (z. B. den Wert „VTH_2“) gebunden sein, der ungefähr gleich oder wenigstens proportional zu einem maximalen Spannungspegel am Kondensator 56A ist, wenn das primäre Schaltelement 25 ausgeschaltet ist. Ein Eingang des Komparators 50E kann zum Beispiel an einen Spannungsschwellenwert (z. B. den Wert „VTH_3“) gebunden sein, der ungefähr gleich oder wenigstens proportional zu einem typischen anfänglichen Spannungspegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B ist, nachdem das primäre Element 25 vom Betrieb in einem eingeschalteten Zustand in einen Betrieb in einem ausgeschalteten Zustand übergeht. Ein Eingang des Komparators 50F kann an einen Spannungsschwellenwert (z. B. den Wert „VTH_4“) gebunden sein, der ungefähr gleich oder wenigstens proportional zu einem maximalen Spannungspegel am Kondensator 56B ist, wenn das primäre Schaltelement 25 ausgeschaltet ist.
Ein Eingangssignal zur Logikeinheit 70 ist QTON. QTON repräsentiert einen Binärwert, der die Größe des Stroms an der sekundärseitigen Wicklung 24B angibt. Während T_ON, zum Beispiel wenn das primäre Schaltelement 25 eingeschaltet ist, ist der Strom an der sekundärseitigen Wicklung 24B auf einem minimalen Wert (z. B. null Ampere) und QTON kann logisch „low“ (z. B. null) sein. Wenn das primäre Schaltelement 25 ausgeschaltet ist, kann der sekundärseitige Strom von dem minimalen Wert auf einen maximalen Wert ansteigen und QTON kann logisch „high“ (z. B. eins) sein.
Stellvertretend für die SRIC 42A kann die Vorhersageeinheit 76 auf der Basis von Synchrongleichrichtungsverfahren prädiktive Zeitsteuerung durchführen. Das bedeutet, die Vorhersageeinheit 76 kann auf der Basis einer Analyse des Spannungs- und Strompegels, die an der Sekundärseite des Wandlers 6B erkannt werden, vorhersagen, wann bewirkt werden soll, dass das sekundäre Schaltelement 40 einschaltet und ausschaltet, so dass das sekundäre Element 40 und das primäre Element 25 synchron funktionieren.
Die Kompensationseinheit 78 kann zusammen mit der Vorhersageeinheit 76 funktionieren, um die Präzision der prädiktiven Zeitsteuerung auf der Basis von Synchrongleichrichtungsverfahren zu verbessern. Die Kompensationseinheit 78 kann die Zeitsteuerung des sekundären Schaltelements 40 im Vergleich zu der erwarteten Zeitsteuerung analysieren und anpassen, wann die Vorhersageeinheit 76 bewirkt, dass das sekundäre Schaltelement 40 ausschaltet, so dass das Ausschalten tatsächlich so nahe der vorhergesagten Ausschaltzeit (T_DET) wie möglich erfolgt.
Die Vorhersageeinheit 76 kann zum Beispiel den an der sekundären Wicklung 24B erkannten Spannungspegel, der über die Verbindung 48A erhalten wird, mit dem Spannungsschwellenwert VTH_1 vergleichen, um zu bestimmen, wann bewirkt werden soll, dass das sekundäre Schaltelement 40 einschaltet. Wenn zum Beispiel der Spannungspegel an der sekundären Wicklung 24B auf oder unter den typischen Spannungspegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B fällt, wenn das primäre Element 25 vom Betrieb in einem ausgeschalteten Zustand zum Betrieb in einem eingeschalteten Zustand (z. B. weniger als null Volt) übergeht, können der Komparator 50C und der Haltespeicher 52 bewirken, dass ein Gatesignal über die Verbindung 48B erscheint, was bewirkt, dass das sekundäre Schaltelement 40 einschaltet.
Der Haltespeicher 52 wird bewirken, dass das Gatesignal über die Verbindung 48B so lange konstant bleibt, bis der Ausgang vom Komparator 50D bewirkt, dass der Haltespeicher 52 zurückgesetzt wird. Anders ausgedrückt, das sekundäre Schaltelement 40 wird so lange eingeschaltet bleiben, bis die Spannung am Kondensator 56A die maximale Spannung erreicht, die dem Kondensator 56A zugeordnet ist. Wenn die Spannung am Kondensator 56A von einer minimalen (z. B. null Spannung) zu der maximalen Spannung wechselt, die dem Kondensator 56A zugeordnet ist, wird der Ausgang vom Komparator 50D bewirken, dass der Haltespeicher 52 zurückgesetzt wird, und bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 ausschaltet.
Um zu bewirken, dass der Haltespeicher 52 zurückgesetzt wird und das sekundäre Schaltelement 40 zur geeigneten Zeit (z. B. zu einer Zeit, wenn die SRIC 42A voraussagt, dass T_ON abgelaufen ist, und das primäre Schaltelement 25 wieder eingeschaltet ist oder gerade wieder eingeschaltet wird) ausschaltet, stützt sich die SRIC 42 teilweise auf die Kapazität des Kondensators 56A und den Widerstand R5 des Widerstands 64E, um als Integrator zu agieren. Der Kondensator 56A ist dazu ausgebildet, genau zur richtigen Zeit und auf solch eine Art und Weise zu entladen und zu laden, dass er bewirkt, dass der Ausgang vom Komparator 50D wechselt, und bewirkt, dass der Haltespeicher 52 nach einer Zeitdauer T_DET seit dem letzten Einschalten des sekundären Schaltelements 40 und zu dem Zeitpunkt, wenn T_ON voraussichtlich ablaufen wird, zurückgesetzt wird.
Während T_ON (z. B. wenn das primäre Schaltelement 25 eingeschaltet ist) ist zum Beispiel der Spannungspegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B gleich V_IN/n + V_OUT. Zusätzlich fließt während T_ON kein Strom durch die Sekundärseite 24B, somit ist QTON logisch „low“. Wenn QTON logisch „low“ ist, bewirkt die Logikeinheit 70, dass der Schalter 54A schließt, und bewirkt ferner, dass der Transistor 66 ausschaltet.
Demzufolge lädt der Kondensator 56A aufgrund des Stroms, der vom Komparator 50B ausgegeben wird, so dass die Spannung am Kondensator 56A von einer maximalen Spannung V_A zu einer minimalen Spannung V_B abnimmt, wie unten in GLEICHUNG 9 gezeigt.
Nach T_ON und während T_OFF, wenn das primäre Element 25 ausschaltet, steigt der sekundärseitige Strom von einem minimalen Wert (z. B. null) auf einen maximalen Strom, und QTON wechselt zu logisch „high“. Der Zeitraum, wenn QTON während T_OFF logisch „high“ ist, wird als „Entmagnetisierungszeitdauer“ (T_DET) bezeichnet, und die Spannung am Kondensator 56A steigt von einer minimalen Spannung V_B auf eine maximale Spannung VC, wie nachstehend in GLEICHUNG 10 gezeigt.
Wenn die Spannung am Kondensator 56A während T_DET auf V_A zurückgeht (z. B. V_C = V_A), ist die Delta-Spannungsänderung während T_ON und die Spannungsänderung Delta während T_DET dieselbe, und die GLEICHUNG 11 ist wahr.
Wenn entsprechend die Widerstände 64A, 64B mit den Widerständen R1 beziehungsweise R2 mit den Widerständen 64C und 64D mit den Widerständen R1 beziehungsweise R2 verwendet werden (wie in GLEICHUNG 12 gezeigt):
dann wird die Vorhersageeinheit 76 bewirken, dass die SRIC 42A das Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 bis zu einem Zeitpunkt T_DET (gemäß GLEICHUNG 7) verzögert, nachdem sie bewirkt hat, dass das Schaltelement 40 einschaltet.
Die Kompensationseinheit 78 kann zusammen mit der Vorhersageeinheit 76 funktionieren, um die Präzision der prädiktiven Zeitsteuerung auf der Basis von Synchrongleichrichtungsverfahren zu verbessern. Die Kompensationseinheit 78 kann die Zeitsteuerung des sekundären Schaltelements 40 im Vergleich zu der erwarteten Zeitsteuerung analysieren und anpassen, wann die Vorhersageeinheit 76 bewirkt, dass das sekundäre Schaltelement 40 ausschaltet, so dass das Ausschalten tatsächlich so nahe der vorhergesagten Ausschaltzeit (T_DET) wie möglich erfolgt. Anders ausgedrückt, anstatt dass der Logikpegel des Binärsignals QTON direkt an den Strompegel an der sekundärseitigen Wicklung 24B gebunden ist, kann die Kompensationseinheit 78 präziser steuern, wann der Logikpegel von QTON von einem Logikpegel zu einem anderen wechselt. Auf diese Weise kann die Kompensationseinheit 78 das Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 beschleunigen oder verlangsamen, um zu bewirken, dass das tatsächliche Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 genauer mit dem tatsächlichen Ausschalten des primären Schaltelements 25 erfolgt, und deswegen die Präzision der SRIC 42A erhöhen.
Der Komparator 50E wird durch die Kompensationseinheit 78 verwendet, um zum Beispiel die tatsächliche Einschaltzeit T_MEASURED des sekundären Schaltelements 40 durch Überwachen der Drain-Source-Spannung (Senke-Quelle-Spannung) des Transistors zu bestimmen, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist.
Wenn die Drain-Source-Spannung des Transistors einem Spannungsschwellenwert entspricht, der durch die Kompensationseinheit 78 verwendet wird, um anzuzeigen, wann das sekundäre Schaltelement 40 tatsächlich abgeschaltet hat (z. B. gleich Null Volt ist), kann der Komparator 50E einen Ausgang erzeugen, der die Drainspannung T_MEASURED angibt, die dem Schaltelement 40 zugeordnet ist.
Die Kompensationseinheit 78 kann zum Beispiel bestimmen, dass der Anfangsmoment, wenn die Drain-Source-Spannung des Transistors von einem Wert, der größer als null Volt ist, auf einen Wert abfällt, der kleiner als null Volt ist, den Beginn des Zeitraums TMEASURE angeben kann. Die Kompensationseinheit 78 kann bestimmen, dass die darauffolgende Bewegung, wenn die Drain-Source-Spannung von einem Wert, der kleiner als null Volt ist, auf einen Wert ansteigt, der größer als null Volt ist, das Ende des Zeitraums TMEASURE angeben kann.
Die Logikeinheit 72 kann das Ausgangssignal, das T_MEASURED angibt, vom Komparator 50E empfangen. Die Logikeinheit 72 kann eine zuvor definierte Schalttotzeit (T_DEAD), die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, von T_MEASURED abziehen, um eine ZielEinschaltzeit T_TARGET zu erhalten. Die Logikeinheit 72 kann die vorhergesagte Einschaltzeit T_DET von der ZielEinschaltzeit T_TARGET abziehen, um den Fehler in der Einschaltzeit T_ERROR zu erhalten.
Die Logikeinheit 72 wird bewirken, dass der Schalter 54B schließt und für eine Zeitdauer, die proportional zum Fehler in der Einschaltzeit T_ERROR ist, Strom von der Quelle 68A leitet. Wenn der Schalter 54B geschlossen ist, wird der Strom von der Quelle 68A den Kondensator 56B laden.
Wenn das primäre Schaltelement 25 ausschaltet und bewirkt, dass das sekundärseitige Strom QTON-Signal von logisch „low“ auf logisch „high“ wechselt, kann die Logikeinheit 72 bewirken, dass der Schalter 54B öffnet und der Schalter 54C schließt. Das Schließen des Schalters 54C nach dem Öffnen des Schalters 54B bewirkt, dass der Kondensator 56B entlädt, und bewirkt, dass der Kondensator 56A über zusätzliche Zeit gleich dem Fehler in der Einschaltzeit T_ERROR verfügt, um weiter zu entladen, weil die Logikeinheit 70 verhindern wird, dass QTON, da QTON von der Logikeinheit 70 ausgegeben wird, für eine zusätzliche Zeitdauer, die ungefähr gleich T_ERROR ist, auf logisch „high“ wechselt.
Die Stromquelle 68A, die Senke 68B, der Kondensator 56B und der Komparator 50F werden kombiniert, um eine einzige Zeitverzögerung zu erzeugen, welche die Logikeinheit 72 erhält. Die Logikeinheit 72 wird den Wechsel von QTON auf der Basis der erzeugten Zeitverzögerung verzögern, so dass der Umrichter 58 den Wechsel in QTON nach der Verzögerung erkennt. Auf diese Weise bewirkt die Kompensationseinheit 78, dass das Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 hinausgezögert oder beschleunigt wird. Bei darauffolgenden Schaltzyklen kann die Kompensationseinheit 78 die Verzögerung zu QTON noch genauer abstimmen, so dass die tatsächliche Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, im Verlaufe der Zeit genauer zur vorhergesagten Einschaltzeit T_DET passt.
Die SRIC 42A hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Wandlerarten. Die SRIC 42A kann zum Beispiel vollständig unter Einsatz (kostengünstiger) Niederspannungstechnologie implementiert werden, ohne irgendwelche Vergleiche sehr niedriger Schwellenwerte zu verwenden. Darüber hinaus kann die SRIC 42A nicht nur für lückenden Betrieb verwendet werden, sondern kann auch für nicht-lückenden Betrieb verwendet werden.
6 ist ein Zeitsteuerungsschaubild, das verschiedene Spannungseigenschaften der in 5 gezeigten SRIC 42A gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 6 wird nachstehend im Zusammenhang mit dem Wandler 6B von 4 und der SRIC 42A von 5 beschrieben.
6 zeigt die Kurven 80, 82 und 84, die unterschiedliche Spannungspegel zwischen den Zeitpunkten t0 und t4 zeigen. Die Kurve 80 zeigt das Gatesignal, das durch die SRIC 42A über die Verbindung 48B zwischen den Zeitpunkten t0 und t4 erzeugt wird. Die Kurve 82 zeigt die Spannung, die durch die SRIC 42A auf der Verbindung 48A (z. B. die Spannung am Widerstand 64B) erkannt wird. Die Kurve 84 zeigt die Spannung am Kondensator 56A zwischen t0 und t4.
Die Kurven 80 bis 84 veranschaulichen, dass die Spannung an der Verbindung 48A verwendet werden kann, um die vorhergesagte Einschaltzeit T_DET, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, vorherzusagen, zu bestimmen oder anderweitig abzuleiten. Während des Zeitraums 86 (zwischen t0 und t1), wenn zum Beispiel das primäre Schaltelement 25 eingeschaltet ist (z. B. T_ON), bewirkt der plötzliche Spannungsabfall an der Verbindung 48A, dass die Vorhersageeinheit 76 ein Gatesignal über die Verbindung 48B erzeugt, das bewirkt, dass das sekundäre Schaltelement 40 für die Zeitdauer einschaltet, welche die Vorhersageeinheit 76 zum Laden und danach zum Entladen des Kondensators 56A (z. B. ungefähr T_DET) benötigt.
Die Kurven 80 bis 84 veranschaulichen die Probleme, die mit einem prädiktiven Zeitsteuerungsmodell zusammenhängen, das sich nicht auf die Kompensationsverfahren stützt, die hier beschrieben und zum Beispiel durch die Kompensationseinheit 78 der SRIC 42A ausgeführt werden. Da die prädiktiven Verfahren zum Beispiel keine parasitären Komponenten berücksichtigen, die mit dem Transformator 22 verbunden sind, kann die GLEICHUNG 1 nicht erfüllt werden. Zweitens kann die Verwendung eines externen Spannungsteilers, wie beispielsweise des Teilers 44, die Einschaltzeit negativ beeinflussen, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, und bewirken, dass sich die tatsächliche Einschaltzeit von der vorausgesagten T_DET unterscheidet. Drittens kann die Spannung V_DET unter leichten Lastzuständen nicht genau gleich der GLEICHUNG 13 sein. Deswegen können die Berechnungen für T_DET (z. B. GLEICHUNG 8) nicht so präzise wie unter normalen Lastbedingungen sein.
Schließlich ist das Anpassen des Widerstandsteilers derart, dass er der GLEICHUNG 12 entspricht, sehr wichtig. Während der Implementierung der Vorhersageeinheit 76 kann es zu einer gewissen Fehlanpassung kommen, und die Fehlanpassung der Widerstände 64 kann weitere Ungenauigkeiten in der Berechnung von T_DET verursachen.
7 ist ein Zeitsteuerungsschaubild, das eine verbesserte Ansicht eines sekundärseitigen Spannungspegels, welcher in die in 5 gezeigte SRIC 42A eingegeben wird, gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 7 wird nachstehend im Zusammenhang mit dem System 1 von 1, dem Wandler 6B von 4 und der SRIC 42A von 5 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Leistungsfähigkeit der Kompensationsverfahren, zum Beispiel durch die Kompensationseinheit 78, die Präzision der Synchrongleichrichtungsverfahren verbessern, die unter Verwendung prädiktiver Zeitsteuerungsverfahren ausgeführt werden. Die Kurve 90 von 7 zeigt die Spannung, die durch die SRIC 42A zwischen t0 und t4 an der Verbindung 48A erkannt wird.
Der Zeitraum 93 repräsentiert die Einschaltzeit, die dem primären Schaltelement 25 (T_ON) zugeordnet ist. Der Zeitraum 92 (z. B. die Zeit, wenn die Spannung an der Verbindung 48 weniger als null Volt beträgt) repräsentiert die tatsächliche oder gemessene Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement 40 (T_MEASURED) zugeordnet ist. Der Zeitraum 94 repräsentiert die vorhergesagte Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement 40 (T_DET) zugeordnet ist. Der Zeitraum 95 repräsentiert die ZielEinschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement 40 (T_TARGET) zugeordnet ist. Zur Erinnerung, T_TARGET wird durch die Logikeinheit 72 als T_MEASURED – T_DEAD berechnet. Die Totzeit, die dem sekundären Schaltelement 40 (T_DEAD) zugeordnet ist, ist als Zeitraum 96 gezeigt. Schließlich zeigt 7 den Zeitraum 97 als Fehlerzeitdauer (T_ERROR), die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist. Anders ausgedrückt, der Zeitraum 97 repräsentiert die Zeitdauer, mit welcher die Logikeinheit 74 bzw. 70 den Wechsel in QTON verzögert oder beschleunigt, um zu bewirken, dass der Kondensator 56A schneller oder langsamer wird, um die Präzision des Ausschaltens des sekundären Schaltelements 40 zu verbessern und um die Präzision der Synchrongleichrichtungsverfahren zu verbessern, die der Wandler 6B ausführt. Zur Erinnerung aus 5, T_ERROR wird bestimmt, indem T_DEAD und T_DET von T_MEASURE subtrahiert werden.
Indem T_ERROR während aufeinanderfolgender Schaltzyklen kontinuierlich aktualisiert wird, ermöglicht die Kompensationseinheit 78, dass die SRIC 42A die Einschaltzeit dynamisch anpasst, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, um parasitäre Elemente, die dem Transformator 22 zugeordnet sind, oder andere Unregelmäßigkeiten zu kompensieren, die bewirken können, dass die Einschaltzeit kleiner als oder größer als die ideale vorhergesagte Zeit T_DET ist. Auf diese Weise kann eine integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung, wie beispielsweise die SRIC 42A, prädiktive Zeitsteuerungsverfahren ausführen, um Synchrongleichrichtung unter Verwendung von Kompensationsverfahren durchzuführen, um die Abweichung zwischen einer Vorhersage und der tatsächlichen Einschaltzeit, die einem Schaltelement einer Synchrongleichrichtung zugeordnet sind, adaptiv anzupassen, wodurch ermöglicht wird, dass die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung eine höchst präzise und sehr robuste, kostengünstige Lösung bereitstellt.
8 ist ein Ablaufschaubild, das beispielhafte Operationen der in 4 gezeigten integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung gemäß einem oder mehreren Aspekt(en) der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 8 wird im Zusammenhang mit System 1 von 1 beschrieben.
Die SRIC 42 kann eine vorhergesagte Einschaltzeit bestimmen, die einem sekundären Schaltelement 40 eines Sperrwandlers (200) zugeordnet ist. Die SRIC 42 kann zum Beispiel T_DET, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, gemäß den GLEICHUNGEN 2 bis 8 bestimmen.
Die SRIC 42 kann eine tatsächliche Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, während eines ersten Schaltzyklus bestimmen (210). Die SRIC 42 kann zum Beispiel die Drain-Source-Spannung überwachen, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, um die Zeitdauer zu bestimmen, die vom Abfall der Spannung auf der Verbindung 48A unter null Volt bis zum Anstieg der Spannung über null Volt verstreicht. Die SRIC 42 kann bestimmen, dass der Zeitraum, wenn die Spannung weniger als null Volt beträgt, die tatsächliche Einschaltzeit T_MEASURE ist, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist.
Die SRIC 42 kann eine Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit bestimmen (220). Die SRIC 42 kann zum Beispiel die Differenz T_ERROR zwischen T_MEASURE und der Summe von T_DEAD, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, und T_DET berechnen. Die Differenz T_ERROR kann zum Beispiel ungefähr die Differenz zwischen T_MEASURE und der Summe von T_DEAD, die dem sekundären Schaltelement 40 zugeordnet ist, und T_DET definieren (z. B. innerhalb einer Toleranz von einer bis zehn Mikrosekunden, einer bis zehn Millisekunden etc.).
Die SRIC 42 kann das Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 für einen Zeitraum gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während eines zweiten Schaltzyklus verzögern (230). Nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements 40 kann die SRIC 42 zum Beispiel warten, bis eine Zeitdauer, die gleich einer Summe zwischen T_ERROR und T_DET ist, verstrichen ist, bis das sekundäre Schaltelement 40 ausschaltet.
Die SRIC 42 kann das sekundäre Schaltelement 40 während des zweiten Schaltzyklus ausschalten (240). Nach der Verzögerung des Ausschaltens des sekundären Schaltelements 40 kann die SRIC 42 zum Beispiel bewirken, dass das sekundäre Schaltelement 40 ausschaltet.
Die SRIC 42 kann die Schritte 210 bis 240 wiederholen, um die Präzision der Synchrongleichrichtungsverfahren, die dem Wandler 6B zugeordnet sind, noch weiter zu verbessern. Die SRIC 42 kann zum Beispiel eine darauffolgende T_ERROR zwischen T_DET und T_MEASURE während eines dritten, vierten, fünften etc. Schaltzyklus berechnen. Im Verlaufe der Zeit kann das Einschalten und Ausschalten des sekundären Schaltelements 40 genauer zu dem Einschalten und Ausschalten des primären Schaltelements 25 passen.
Die 9 bis 11 sind Schaltbilder, die beispielhafte Leistungswandler 6 des in 1 gezeigten Systems 1 veranschaulichen, die dazu ausgebildet sind, Synchrongleichrichtung ohne den Vorteil eines Aspekts oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Die 9 bis 11 werden jeweils im Zusammenhang mit System 1 von 1 beschrieben.
9 ist ein Schaltbild des Leistungswandlers 6C im Gegensatz zum Leistungswandler 6B von 4. Der Leistungswandler 6C ist zum Beispiel mit den Verbindungen 8 und 10 gekoppelt und weist die primäre Steuerung 103 zum Steuern eines primären Elements auf der Primärseite des Transformators 101 auf, um einen Spannungspegel auf der Sekundärseite des Transformators 101 zu steuern. Jedoch stützt sich der Leistungswandler 6C, im Gegensatz zum Leistungswandler 6B, auf die SRIC 102 und die Rückkopplungsschaltung 104, um Synchrongleichrichtung des Spannungsausgangs an der Verbindung 10 durchzuführen.
Im Gegensatz zum Leistungswandler 6B weist der Leistungswandler 6C zahlreiche Nachteile auf, einschließlich höheren Kosten, Komplexität und Grenzen der Betriebsfähigkeit (z. B. Betriebsfrequenz und/oder Größe von V_IN und/oder V_OUT). Der Anschluss 103A (z. B. der DSM-Anschluss) muss zum Beispiel eine sehr hohe Durchbruchspannung (z. B. > 200 V) haben. Deswegen muss die Chiptechnologie der integrierten Schaltung, die zur Herstellung der SRIC 102 verwendet wird, solch einer hohen Spannung widerstehen können und kann in der Herstellung sehr teuer sein. Darüber hinaus kann die Forderung, einer hohen Durchbruchspannung zu widerstehen, mit weiteren Anforderungen der SRIC 102 im Konflikt stehen. In einigen Beispielen kann der Anschluss 103A auch zur Spannungserfassung des Spannungspegels an der sekundärseitigen Wicklung 101 verwendet werden (z. B. um zu bestimmen, wann das sekundäre Schaltelement auf der Sekundärseite des Wandlers 6C ausgeschaltet werden soll). Dementsprechend muss der Anschluss 103A sehr niedrige Spannungen erfassen können (z. B. in der Größenordnung von ungefähr minus zehn Millivolt mit einer Toleranz von zehn Mikrovolt). Dieser Präzisionsgrad kann die Kosten und Komplexität der Herstellung der SRIC 102 noch weiter erhöhen. Wenn darüber hinaus der Leistungswandler 6C eine Komponente auf einer Leiterplatte ist, kann die SRIC 102 anfällig für starkes Rauschen sein und muss dieses kompensieren.
10 ist ein Schaltbild eines Leistungswandlers 6D im Gegensatz zum Leistungswandler 6B von 4. Der Leistungswandler 6D ist zum Beispiel mit den Verbindungen 8 und 10 gekoppelt und weist die primäre Steuerung 113 zum Steuern eines primären Elements auf der Primärseite des Transformators 111 auf, um einen Spannungspegel auf der Sekundärseite des Transformators 111 zu steuern. Jedoch stützt sich der Leistungswandler 6D, im Gegensatz zum Leistungswandler 6B, auf die SRIC 112, um Synchrongleichrichtung des Spannungsausgangs auf der Verbindung 10 durchzuführen.
Die SRIC 112 weist einen Anschluss mit der Bezeichnung SRSENSE auf, der mit der Sekundärseite des Transformators 111 durch einen Einzelwiderstand mit der Bezeichnung RSRSENSE verbunden ist. Die SRIC 112 hängt von dem SRSENSE-Anschluss ab, um sowohl hohen Spannungen zu widerstehen (z. B. > 120 V) als auch gleichzeitig sehr niedrige Spannungen an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators 111 zu erfassen und die erfasste Spannung mit sehr niedrigen Spannungsschwellenwerten zu vergleichen, um zu bestimmen, wann das sekundärseitige Schaltelement einschalten soll.
Der SRIC 112 sind ähnliche Nachteile wie der SRIC 102 des Wandlers 6C zu eigen, wenn die SRIC mit dem Leistungswandler 6B verglichen wird. Die Durchbruchspannung des SRSENSE-Anschlusses sollte zum Beispiel sehr hoch sein (bis zu 120 V), was typischerweise die Herstellung der SRIC 112 unter Verwendung einer Hochspannungs-IC-Chiptechnologie erfordert. Da der SRSENSE-Anschluss zweitens auch zur Spannungserfassung verwendet wird, um zu bestimmen, wann das sekundäre Schaltelement ausgeschaltet werden soll, muss die SRIC 112 mit sehr hoher Präzision und bei sehr niedrigen Pegeln unterscheiden können, ob die Spannung an der sekundären Wicklung des Transformators 111 größer oder kleiner als ein sehr niedriger Spannungsschwellenwert ist (z. B. ungefähr minus zehn Millivolt mit einer Toleranz von zehn Mikrovolt).
11 ist ein Schaltbild eines Leistungswandlers 6E im Gegensatz zum Leistungswandler 6B von 4. Der Leistungswandler 6E ist zum Beispiel mit den Verbindungen 8 und 10 gekoppelt und weist die primäre Steuerung 123 zum Steuern eines primären Elements auf der Primärseite des Transformators 121 auf, um einen Spannungspegel auf der Sekundärseite des Transformators 121 zu steuern. Jedoch stützt sich der Leistungswandler 6E, im Gegensatz zum Leistungswandler 6B, auf die SRIC 122 und die externen Spannungsteiler 124 und 125, um Synchrongleichrichtung des Spannungsausgangs an der Verbindung 10 durchzuführen.
Der Wandler 6E verwendet rein linear-prädiktive Zeitsteuerungsverfahren, um zu bestimmen, wann das sekundäre Schaltelement einschaltet und/oder ausschaltet, um Synchrongleichrichtung durchzuführen. Der Wandler 6E führt keine Kompensations- oder Fehlerkorrekturverfahren aus, um die Präzision seiner Synchrongleichrichtungsverfahren im Verlaufe der Zeit zu verbessern. Beim Ausführen linearprädiktiver Zeitsteuerungsverfahren erkennt die SRIC 122 die Spannung der sekundärseitigen Wicklung des Transformators 121 und die Ausgangsspannung auf der Verbindung 10, anstatt den Strom durch das sekundäre Schaltelement in einem Bestreben zu erkennen, die „Rauschimmunität“-Eigenschaften der SRIC 122 zu verbessern. Obwohl der Wandler 6E einige Vorteile gegenüber den Wandlern 6C und 6D hat, hat der Wandler 6E mit der SRIC 122 mehrere Nachteile.
Ein Nachteil besteht darin, dass der Wandler 6E nur für Niederfrequenzanwendungen eingesetzt werden kann, weil die Toleranzen der Spannungsdetektionsmechanismen, die der Wandler 6E verwendet, zu groß für Hochfrequenzanwendungen sind. Darüber hinaus kann der Wandler 6E nur in einem relativ engen Betriebsbereich verwendet werden, weil der Wandler 6E bewirken kann, dass das sekundäre Schaltelement eine große Schwankung in der Einschaltzeit haben kann, weil die durch die SRIC 122 bestimmte Einschaltzeit von der Eingangsspannung V_IN, der Ausgangsspannung V_OUT, der Schaltfrequenz etc. abhängt. Schließlich ist die Präzision des Wandlers 6E reduziert, weil der Wandler 6E keine Fehlerkorrektur- oder Kompensationsverfahren ausführen kann.
Absatz 1. Verfahren, das umfasst: Bestimmen, wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an einer sekundärseitigen Wicklung eines Transformators eines Sperrwandlers, einer vorhergesagten Einschaltzeit, die einem sekundären Schaltelement eines Sperrwandlers zugeordnet ist, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements; Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus; Bestimmen einer Fehlerzeitdauer, wobei die Fehlerzeitdauer ungefähr eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit definiert, während des Anfangsschaltzyklus; während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus; und nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus.
Absatz 2. Verfahren nach Absatz 1, wobei die tatsächliche Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, auf der Basis einer Bestimmung, dass eine Drain-Source-Spannung, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, anfänglich unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist und danach über den Spannungsschwellenwert angestiegen ist, während des Anfangsschaltzyklus bestimmt wird.
Absatz 3. Verfahren nach einem der Absätze 1 bis 2, wobei das Bestimmen der Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit das Bestimmen der Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit, einer Totzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, und der vorhergesagten Einschaltzeit umfasst.
Absatz 4. Verfahren nach einem der Absätze 1 bis 3, wobei der darauffolgende Schaltzyklus ein erster darauffolgender Schaltzyklus ist und der Zeitraum ein erster Zeitraum ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des ersten darauffolgenden Schaltzyklus; Bestimmen einer Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit während des ersten darauffolgenden Schaltzyklus; während eines zweiten darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus, Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für einen zweiten Zeitraum, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus; und nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements, Ausschalten des sekundären Schaltelements während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus.
Absatz 5. Verfahren nach Absatz 4, wobei sich die Fehlerzeitdauer während des ersten darauffolgenden Schaltzyklus von der Fehlerzeitdauer während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus unterscheidet.
Absatz 6. Verfahren nach einem der Absätze 1 bis 5, wobei das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen erfolgt, dass sich ein Kondensator einer integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung während des Zeitraums aufgeladen hat, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist.
Absatz 7. Verfahren nach einem der Absätze 1 bis 6, wobei das Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für den Zeitraum, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist, das Laden eines Kondensators einer integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung für eine Zeitdauer umfasst, die gleich der Fehlerzeitdauer ist, wobei das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen erfolgt, dass sich der Kondensator entladen hat.
Absatz 8. Verfahren nach einem der Absätze 1 bis 7, wobei das sekundäre Schaltelement einen Leistungs-MOSFET umfasst.
Absatz 9. Verfahren nach einem der Absätze 1 bis 8, das ferner umfasst: Bestimmen, an einem Ausgang eines Spannungsteilers, der Spannung an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators des Sperrwandlers.
Absatz 10. Verfahren nach Absatz 9, wobei der Spannungsteiler ein erster Spannungsteiler ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen, an einem Ausgang eines zweiten Spannungsteilers, einer Ausgangsspannung des Sperrwandlers, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ferner wenigstens teilweise auf der Basis der Ausgangsspannung bestimmt wird.
Absatz 11. Verfahren nach Absatz 10, wobei der erste Spannungsteiler eine externe Komponente ist, die einer integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung des Sperrwandlers zugeordnet ist, und der zweite Spannungsteiler eine interne Komponente der integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung ist, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung dazu ausgebildet ist, das sekundäre Schaltelement einzuschalten und das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des Anfangsschaltzyklus und darauffolgender Schaltzyklen zu verzögern.
Absatz 12. Leistungswandlerschaltung, die umfasst: einen Transformator, der dafür ausgelegt ist, Energie zwischen einer Primärseite der Leistungswandlerschaltung und einer Sekundärseite der Leistungswandlerschaltung zu speichern; ein primäres Schaltelement, das mit einer primärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist; ein sekundäres Schaltelement, das mit einer sekundärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist; und eine integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung, die dazu ausgebildet ist: während eines Anfangsschaltzyklus eine tatsächliche Einschaltzeit zu bestimmen, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist; während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements eine Fehlerzeitdauer zu bestimmen, mit der eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und einer vorhergesagten Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement während des Anfangsschaltzyklus zugeordnet ist, ungefähr definiert wird, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern; während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, das Ausschalten des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus, zu verzögern; und nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus auszuschalten.
Absatz 13. Leistungswandlerschaltung nach Absatz 12, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, während des Anfangsschaltzyklus wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators, die vorhergesagte Einschaltzeit zu bestimmen, die einem sekundären Schaltelement zugeordnet ist.
Absatz 14. Leistungswandlerschaltung nach einem der Absätze 12 bis 13, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, die tatsächliche Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, auf der Basis einer Bestimmung, dass eine Drain-Source-Spannung, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, anfänglich unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist und danach über den Spannungsschwellenwert angestiegen ist, während des Anfangsschaltzyklus zu bestimmen.
Absatz 15. Leistungswandlerschaltung nach einem der Absätze 12 bis 14, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, die Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit durch Bestimmen der Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit, einer Totzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, und der vorhergesagten Einschaltzeit zu bestimmen.
Absatz 16. Leistungswandlerschaltung nach einem der Absätze 12 bis 15, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen auszuschalten, dass sich ein Kondensator der integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung während des Zeitraums aufgeladen hat, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist.
Absatz 17. Leistungswandlerschaltung nach einem der Absätze 12 bis 16, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist: das Ausschalten des sekundären Schaltelements für den Zeitraum zu verzögern, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist, wenigstens durch das Laden eines Kondensators der integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung für eine Zeitdauer, die gleich der Fehlerzeitdauer ist; und das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen auszuschalten, dass sich der Kondensator entladen hat.
Absatz 18. Leistungswandlerschaltung nach einem der Absätze 12 bis 17, die ferner umfasst: einen Ausgang der Leistungswandlerschaltung; und einen externen Spannungsteiler, der mit der sekundärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist, wobei: die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner einen internen Spannungsteiler umfasst, der mit dem Ausgang der Leistungswandlerschaltung gekoppelt ist, und die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist: an einem Ausgang des externen Spannungsteilers die Spannung an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators der Leistungswandlerschaltung zu bestimmen; und an einem Ausgang des internen Spannungsteilers eine Ausgangsspannung der Leistungswandlerschaltung zu bestimmen, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, die vorhergesagte Einschaltzeit wenigstens teilweise auf der Basis der Ausgangsspannung zu bestimmen.
Absatz 19. Leistungswandlerschaltung nach Absatz 18, wobei ein Widerstandsverhältnis eines ersten und zweiten Widerstands des externen Spannungsteilers gleich einem Widerstandsverhältnis eines ersten und zweiten Widerstands des internen Spannungsteilers ist.
Absatz 20. Leistungswandlerschaltung, die umfasst: Mittel zum Bestimmen, wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an einer sekundärseitigen Wicklung eines Transformators eines Sperrwandlers, einer vorhergesagten Einschaltzeit, die einem sekundären Schaltelement eines Sperrwandlers zugeordnet ist, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements; Mittel zum Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus; Mittel zum Bestimmen einer Fehlerzeitdauer, wobei die Fehlerzeitdauer ungefähr eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit definiert, während des Anfangsschaltzyklus; Mittel zum Verzögern, während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus; und Mittel zum Ausschalten, nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus.
In einem oder mehreren Beispiel(en) können die beschriebenen Funktionen als Hardware, Software, Firmware oder jede beliebige Kombination davon implementiert sein. Wenn die Funktionen in Software implementiert sind, können sie als ein(e) oder mehrere Funktion(en) oder Code(s) auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder damit übertragen werden und durch eine hardwarebasierte Verarbeitungseinheit ausgeführt werden. Die computerlesbaren Medien können computerlesbare Speichermedien beinhalten, die einem materiellen Medium, wie beispielsweise Datenspeichermedien oder Kommunikationsmedien einschließlich jedem beliebigen Medium entsprechen, das die Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort an einen anderen ermöglicht, z. B. gemäß einem Kommunikationsprotokoll. Auf diese Weise können computerlesbare Medien allgemein (1) materiellen computerlesbaren Speichermedien, die nichtflüchtig sind, oder (2) einem Kommunikationsmedium wie beispielsweise einem Signal oder einer Trägerwelle entsprechen. Datenspeichermedien können alle verfügbaren Medien sein, auf die ein oder mehrere Computer oder ein oder mehrere Prozessor(en) zugreifen kann/können, um Anweisungen, Code und/oder Datenstrukturen zur Implementierung der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren abzurufen. Ein Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Medium aufweisen.
So können solche computerlesbaren Speichermedien als Beispiel und nicht als Beschränkung RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere Magnetspeichervorrichtungen, Flashspeicher oder jedes beliebige andere Medium umfassen, das zum Speichern des gewünschten Programmcodes in Form von Anweisungen oder Datenstrukturen verwendet werden kann und auf das ein Computer zugreifen kann. So ist auch jede Verbindung richtig bezeichnet ein computerlesbares Medium. Wenn Anweisungen zum Beispiel von einer Website, einem Server oder einer entfernten Quelle unter Verwendung eines Koaxialkabels, Glasfaserkabels, Kabels mit verdrillten Leiterpaaren, eines digitalen Teilnehmeranschlusses (Digital Subscriber Line, DSL) oder drahtloser Technologien, wie beispielsweise Infrarot, Funk und Mikrowellen, übertragen werden, dann sind das Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Kabel mit verdrillten Leiterpaaren, der DSL oder die drahtlosen Technologien, wie beispielsweise Infrarot, Funk und Mikrowellen, in der Definition von Medium eingeschlossen. Es ist jedoch zu verstehen, dass die computerlesbaren Speichermedien und Datenspeichermedien keine Verbindungen, Trägerwellen, Signale oder andere flüchtige Medien aufweisen, sondern sich stattdessen auf nichtflüchtige, materielle Speichermedien beziehen. Diskette und Platte, wie hier verwendet, schließen die CD (Compact Disc), Laser-Disk, optische Platte, DVD (Digital Versatile Disc), Floppydisketten und Blu-Ray-Platten ein, wobei Disketten normalerweise Daten magnetisch reproduzieren, wohingegen Platten Daten optisch mit Lasern reproduzieren. Kombinationen der vorstehenden sollen ebenfalls im Umfang der computerlesbaren Medien enthalten sein.
Anweisungen können durch einen oder mehrere Prozessor(en) ausgeführt werden, wie beispielsweise ein/e/n oder mehrere Digitalsignalprozessor(en) (Digital Signal Processors, DSPs), Universalmikroprozessor(en), anwendungsspezifische integrierte Schaltung(en) (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), feldprogrammierbare(s) Logikarray(s) (Field Programmable Logic Arrays, FPGAs) oder andere gleichwertige integrierte oder diskrete Logikschaltungen. Dementsprechend kann sich der Begriff „Prozessor“ wie hier verwendet auf jede beliebige der vorstehenden Strukturen oder jede beliebige andere Struktur beziehen, die zur Implementierung der hier beschriebenen Verfahren geeignet ist. Darüber hinaus kann in einigen Aspekten die hier beschriebene Funktionalität in dedizierten Hardware- und/oder Softwaremodulen bereitgestellt sein. So könnten auch die Verfahren vollständig in einer/einem oder mehreren Schaltung(en) oder Logikelement(en) implementiert sein.
Die Verfahren der vorliegenden Offenbarung können in einer breiten Vielfalt von Geräten oder Vorrichtungen implementiert werden, einschließlich einem drahtlosen Handapparat, einer integrierten Schaltung (Integrated Circuit, IC) oder einem Satz von ICs (z. B. einem Chipsatz). Verschiedene Komponenten, Module oder Einheiten werden in dieser Offenbarung beschrieben, um funktionale Aspekte von Vorrichtungen hervorzuheben, die dafür ausgelegt sind, die offenbarten Verfahren durchzuführen, erfordern jedoch nicht notwendigerweise die Umsetzung in verschiedenen Hardwareeinheiten. Stattdessen können, wie vorstehend beschrieben, verschiedene Einheiten in einer Hardwareeinheit kombiniert werden oder durch eine Gruppierung zusammenwirkender Hardwareeinheiten bereitgestellt werden, einschließlich einen oder mehrere Prozessor(en) wie vorstehend beschrieben, in Verbindung mit geeigneter Software und/oder Firmware.
Es wurden verschiedene Beispiele beschrieben. Viele der beschriebenen Beispiele betreffen Verfahren zum Kommunizieren zwischen der Sekundärseite und Primärseite eines Sperrwandlers, so dass die Verwendung einer gemeinsamen Steuerung für beide Seiten des Sperrwandlers ermöglicht wird. Jedoch können die beschriebenen Verfahren zum Kommunizieren zwischen zwei Seiten eines Transformators auch aus anderen Gründen oder in anderen Transformatoranwendungen verwendet werden.

Claims

Verfahren, das aufweist: Bestimmen, wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an einer sekundärseitigen Wicklung eines Transformators eines Sperrwandlers, einer vorhergesagten Einschaltzeit, die einem sekundären Schaltelement eines Sperrwandlers zugeordnet ist, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements; Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus; Bestimmen einer Fehlerzeitdauer, wobei die Fehlerzeitdauer ungefähr eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit definiert, während des Anfangsschaltzyklus; während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus; und nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die tatsächliche Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, auf der Basis einer Bestimmung, dass eine Drain-Source-Spannung, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, anfänglich unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist und danach über den Spannungsschwellenwert angestiegen ist, während des Anfangsschaltzyklus bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Bestimmen der Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit das Bestimmen der Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit, einer Totzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, und der vorhergesagten Einschaltzeit aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der darauffolgende Schaltzyklus ein erster darauffolgender Schaltzyklus ist und der Zeitraum ein erster Zeitraum ist, wobei das Verfahren ferner aufweist: Bestimmen, einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des ersten darauffolgenden Schaltzyklus; Bestimmen einer Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit während des ersten darauffolgenden Schaltzyklus; während eines zweiten darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus, Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für einen zweiten Zeitraum, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus; und nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements, Ausschalten des sekundären Schaltelements während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem sich die Fehlerzeitdauer während des ersten darauffolgenden Schaltzyklus von der Fehlerzeitdauer während des zweiten darauffolgenden Schaltzyklus unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen erfolgt, dass sich ein Kondensator einer integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung während des Zeitraums aufgeladen hat, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für den Zeitraum, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist, das Laden eines Kondensators einer integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung für eine Zeitdauer aufweist, die gleich der Fehlerzeitdauer ist, wobei das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen erfolgt, dass sich der Kondensator entladen hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das sekundäre Schaltelement einen Leistungs-MOSFET aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner aufweist: Bestimmen an einem Ausgang eines Spannungsteilers der Spannung an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators des Sperrwandlers.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Spannungsteiler ein erster Spannungsteiler ist, wobei das Verfahren ferner aufweist: Bestimmen, an einem Ausgang eines zweiten Spannungsteilers, einer Ausgangsspannung des Sperrwandlers, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ferner wenigstens teilweise auf der Basis der Ausgangsspannung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der erste Spannungsteiler eine externe Komponente ist, die einer integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung des Sperrwandlers zugeordnet ist, und der zweite Spannungsteiler eine interne Komponente der integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung ist, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung dazu ausgebildet ist, das sekundäre Schaltelement einzuschalten und das Ausschalten des sekundären Schaltelements während des Anfangszyklus und darauffolgender Schaltzyklen zu verzögern.
Leistungswandlerschaltung, die aufweist: einen Transformator, der dafür ausgelegt ist, Energie zwischen einer Primärseite der Leistungswandlerschaltung und einer Sekundärseite der Leistungswandlerschaltung zu speichern; ein primäres Schaltelement, das mit einer primärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist; ein sekundäres Schaltelement, das mit einer sekundärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist; und eine integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung, die dazu ausgebildet ist: während eines Anfangsschaltzyklus eine tatsächliche Einschaltzeit zu bestimmen, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist; während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements eine Fehlerzeitdauer zu bestimmen, mit der eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und einer vorhergesagten Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement während des Anfangsschaltzyklus zugeordnet ist, ungefähr definiert wird, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern; während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, das Ausschalten des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus zu verzögern; und nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus auszuschalten.
Leistungswandlerschaltung nach Anspruch 12, bei dem die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, während des Anfangsschaltzyklus wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators die vorhergesagte Einschaltzeit zu bestimmen, die einem sekundären Schaltelement zugeordnet ist.
Leistungswandlerschaltung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, die tatsächliche Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, auf der Basis einer Bestimmung, dass eine Drain-Source-Spannung, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, anfänglich unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist und danach über den Spannungsschwellenwert angestiegen ist, während des Anfangsschaltzyklus zu bestimmen.
Leistungswandlerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, die Fehlerzeitdauer zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit durch Bestimmen der Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit, einer Totzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, und der vorhergesagten Einschaltzeit zu bestimmen.
Leistungswandlerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen auszuschalten, dass sich ein Kondensator der integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung während des Zeitraums aufgeladen hat, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist.
Leistungswandlerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist: das Ausschalten des sekundären Schaltelements für den Zeitraum zu verzögern, der gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer während des darauffolgenden Schaltzyklus ist, wenigstens durch das Laden eines Kondensators der integrierten Synchrongleichrichtungsschaltung für eine Zeitdauer, die gleich der Fehlerzeitdauer ist; und das sekundäre Schaltelement während des darauffolgenden Schaltzyklus in Reaktion auf das Bestimmen auszuschalten, dass sich der Kondensator entladen hat.
Leistungswandlerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, die ferner aufweist: einen Ausgang der Leistungswandlerschaltung; und einen externen Spannungsteiler, der mit der sekundärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist, wobei: die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner einen internen Spannungsteiler aufweist, der mit dem Ausgang der Leistungswandlerschaltung gekoppelt ist, und die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist: an einem Ausgang des externen Spannungsteilers die Spannung an der sekundärseitigen Wicklung des Transformators der Leistungswandlerschaltung zu bestimmen; und an einem Ausgang des internen Spannungsteilers eine Ausgangsspannung der Leistungswandlerschaltung zu bestimmen, wobei die integrierte Synchrongleichrichtungsschaltung ferner dazu ausgebildet ist, die vorhergesagte Einschaltzeit wenigstens teilweise auf der Basis der Ausgangsspannung zu bestimmen.
Leistungswandlerschaltung nach Anspruch 18, bei dem ein Widerstandsverhältnis eines ersten und zweiten Widerstands des externen Spannungsteilers gleich einem Widerstandsverhältnis eines ersten und zweiten Widerstands des internen Spannungsteilers ist.
Leistungswandlerschaltung, die aufweist: Mittel zum Bestimmen, wenigstens teilweise auf der Basis einer Spannung an einer sekundärseitigen Wicklung eines Transformators eines Sperrwandlers, einer vorhergesagten Einschaltzeit, die einem sekundären Schaltelement eines Sperrwandlers zugeordnet ist, wobei die vorhergesagte Einschaltzeit ungefähr eine Zeitdauer definiert, um das Ausschalten des sekundären Schaltelements nach dem anfänglichen Einschalten des sekundären Schaltelements zu verzögern, während eines Anfangsschaltzyklus des sekundären Schaltelements; Mittel zum Bestimmen einer tatsächlichen Einschaltzeit, die dem sekundären Schaltelement zugeordnet ist, während des Anfangsschaltzyklus; Mittel zum Bestimmen einer Fehlerzeitdauer, wobei die Fehlerzeitdauer ungefähr eine Differenz zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der vorhergesagten Einschaltzeit definiert, während des Anfangsschaltzyklus; Mittel zum Verzögern, während eines darauffolgenden Schaltzyklus des sekundären Schaltelements und nach dem Einschalten des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, des Ausschaltens des sekundären Schaltelements für einen Zeitraum, der ungefähr gleich der vorhergesagten Einschaltzeit und der Fehlerzeitdauer ist, während des darauffolgenden Schaltzyklus; und Mittel zum Ausschalten, nach dem Verzögern des Ausschaltens des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus, des sekundären Schaltelements während des darauffolgenden Schaltzyklus.