DE102015205250A1

DE102015205250A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler

Info

Publication number: DE102015205250A1
Application number: DE102015205250.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Barner; Juergen Wittmann; Bernhard Wicht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-09-29
Also published as: WO2016150586A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler (100), in welchem ein zyklisches Schalten eines Steuerschalters (2) und eines Synchronschalters (3) erfolgen, wobei der Steuerschalter (2) mittels eines ersten Schaltsignals (S1) und der Synchronschalter (3) mittels eines zweiten Schaltsignals (S2) geschaltet werden. Das Verfahren umfasst ein Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes, welcher eine Spannung (VSW) über den Synchronschalter (3) zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt, und ein Anpassen des ersten und/oder zweiten Schaltsignals (S1, S2) für einen folgenden Zyklus basierend auf dem vorgehaltenen Spannungswert.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler, in welchem ein zyklisches Schalten eines Steuerschalters und eines Synchronschalters erfolgen, wobei der Steuerschalter mittels eines ersten Schaltsignals und der Synchronschalter mittels eines zweiten Schaltsignals geschaltet werden und einen nach dem entsprechenden Verfahren arbeitenden Synchronwandler.
Die Anzahl einzelner elektrischer Schaltkreise in elektrischen Gesamtsystemen ist in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen. So umfassen beispielsweise aktuelle Fahrzeuge bis zu 60 oder sogar mehrere elektrische Steuereinheiten. Es ergibt sich daraus ein Bedarf nach kompakten elektrischen Schaltkreisen, die eine möglichst geringe Verlustleistung aufweisen.
Viele solcher elektrischer Schaltkreise umfassen Gleichstromwandler. Ein Gleichstromwandler besonderer Bauart ist der Synchronwandler. In dem Synchronwandler ist gegenüber einem asynchronen Schaltwandler eine Freilaufdiode durch einen Synchronschalter ersetzt. Der Synchronschalter wird dabei durch einen Leistungstransistor gebildet. Dabei ist es eine Möglichkeit, die Baugröße des Synchronwandlers zu verringern, indem man dessen Schaltfrequenz erhöht. Dadurch können insbesondere die Filterkomponenten, also kapazitive und induktive Elemente des Synchronwandlers, kleiner dimensioniert werden.
Die Verluste eines Synchronwandlers steigen jedoch mit steigender Schaltfrequenz an. Dabei hat eine Totzeit des Synchronwandlers einen hohen Einfluss auf die Verluste des Synchronwandlers. Die Totzeit ist eine Zeit, die zwischen einem Schließen eines Steuerschalters des Synchronwandlers und einem Öffnen eines Synchronschalters des Synchronwandlers vergeht, also auch eine Zeit, die zwischen einem Öffnen eines Steuerschalters und einem Schließen eines Synchronschalters vergeht.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler, in welchem ein zyklisches Schalten eines Steuerschalters und eines Synchronschalters erfolgen, wobei der Steuerschalter mittels eines ersten Schaltsignals und der Synchronschalter mittels eines zweiten Schaltsignals geschaltet werden, umfasst ein Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes, welcher eine Ausgangspannung über den Synchronschalter zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt und ein Anpassen des ersten und/oder zweiten Schaltsignals für einen folgenden Zyklus, basierend auf dem vorgehaltenen Spannungswert. Der Steuerschalter wird auch als High-Side-Schalter des Synchronwandlers bezeichnet. Der Synchronschalter wird auch als Low-Side-Schalter des Synchronwandlers bezeichnet. Der Steuerschalter und der Synchronschalter sind typischerweise jeweils ein Leistungstransistor, insbesondere jeweils ein MOSFET.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine besonders effiziente Erfassung der Totzeit in dem Synchronwandler ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für hohe Spannungsbereiche und ermöglicht eine hohe zeitliche Auflösung. Damit lassen sich Totzeiten realisieren, die mit anderen Konzepten nicht erreichbar sind. Angewendet auf bestehende Systeme können Totzeiten erreicht werden, die um eine Zehnerpotenz verringert sind. Es wird somit ein vorausschauendes Verfahren geschaffen, in dem in einem Zyklus jeweils ein Schaltzeitpunkt des Steuerschalters und ein Schaltzeitpunkt des Synchronschalters für einen folgenden Zyklus bestimmt werden. Dadurch wird eine hohe Schaltfrequenz und Regelfrequenz des Synchronwandlers ermöglicht, wodurch insbesondere schnelle Einschwingzeiten und damit schnelle Ausregelzeiten bei Lastsprüngen und Eingangsspannungsänderungen ermöglicht werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes ein erster Spannungswert erfasst und vorgehalten wird, der die Spannung zu einem ersten Zeitpunkt beschreibt, an dem das zweite Schaltsignal ein erstes Schalten des Synchronschalters auslöst, wobei der Synchronschalter bei dem ersten Schalten in einen geschlossenen Zustand geschaltet wird. Typischerweise schalten der Synchronschalter und der Steuerschalter eines Synchronwandlers bei dem zyklischen Schalten gegenzyklisch in einen offenen und einen geschlossenen Zustand. Bei einem Zustandswechsel des Synchronwandlers, bei dem der Steuerschalter in einen offenen Zustand und der Synchronschalter in einen geschlossenen Zustand geschaltet wird, umfasst ein solcher erster Spannungswert daher präzise Informationen darüber, ob die Totzeit zu lang, zu kurz oder optimal ist.
Ebenso vorteilhaft ist es, wenn bei dem Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes ein zweiter Spannungswert erfasst und vorgehalten wird, der die Spannung zu einem zweiten Zeitpunkt beschreibt, der nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls eintritt, welches verstrichen ist, nachdem das zweite Schaltsignal ein zweites Schalten des Synchronschalters ausgelöst hat, wobei der Synchronschalter bei dem zweiten Schalten in einen offenen Zustand geschaltet wird. Typischerweise schalten der Synchronschalter und der Steuerschalter eines Synchronwandlers bei dem zyklischen Schalten gegenzyklisch in einen offenen und einen geschlossenen Zustand. Bei einem Zustandswechsel des Synchronwandlers, bei dem der Synchronschalter in einen offenen Zustand geschaltet wird und der Steuerschalter in einen geschlossenen Zustand geschaltet wird, umfasst ein solcher zweiter Spannungswert daher präzise Informationen darüber, ob die Totzeit zu lang, zu kurz oder optimal ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren ein Stellen eines Stellwertes, falls der erfasste und vorgehaltene Spannungswert außerhalb eines Zielbereiches liegt, und ein Anpassen des ersten und zweiten Schaltsignals entsprechend dem Stellwert umfasst. Durch die Implementierung eines solchen Stellwertes kann eine besonders schnelle Anpassung des ersten und/oder zweiten Schaltsignals erreicht werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Stellwert ein digitaler Wert ist, der inkrementiert oder dekrementiert wird. Es wird somit eine schrittweise Anpassung des ersten und/oder zweiten Schaltsignals ermöglicht. Somit wird die Empfindlichkeit der Schaltung gegenüber einzelner Fehlmessungen verringert.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren ferner ein Erzeugen des ersten und des zweiten Steuersignals aus einem gemeinsamen Steuersignal umfasst, welches insbesondere ein Rückkopplungssignal einer Ausgangsspannung des Synchronwandlers ist. Auf diese Weise wird mit geringem zusätzlichem Aufwand eine Anpassung der Ausgangsspannung über den Synchronschalter ermöglicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das gemeinsame Steuersignal bei einem Erzeugen des ersten und/oder zweiten Steuersignals gemäß dem Stellwert verzögert wird. Auf diese Weise wird ein besonders schneller Regelkreis zum Regeln der Totzeit realisiert.
Bei einem Synchronwandler mit einer Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit nach der Erfindung ist die Vorrichtung zur Regelung der Totzeit dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ein solcher Synchronwandler weist alle Vorteile des von diesem durchgeführten Verfahrens auf.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Synchronschalter und der Steuerschalter des Synchronwandlers jeweils ein Leistungstransistor, insbesondere ein MOSFET sind. Somit wird ein besonders schnelles Schalten des Synchronschalters und des Steuerschalters ermöglicht.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes in der Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit durch eine digitale oder analoge Abtast-Halte-Schaltung erfolgt. Auf diese Weise wird die erfasste Ausgangsspannung minimal beeinflusst. Ferner kann damit auf kostengünstige Standardbauelemente zurückgegriffen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 ein Schaltbild eines Synchronwandlers,
2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit in einer ersten Ausführungsform,
3 eine Darstellung von Signalverläufen in der Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit gemäß der ersten Ausführungsform,
4 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit gemäß einer zweiten Ausführungsform,
5 eine Darstellung von Signalverläufen in der Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit gemäß der zweiten Ausführungsform,
6 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit gemäß einer dritten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In einem Synchronwandler 100 erfolgt ein zyklisches Schalten eines Synchronschalters 3 und eines Steuerschalters 2. Dabei wird der Synchronwandler 100 in jedem Zyklus abwechselnd in einen AN-Zustand und in einen AUS-Zustand geschaltet. Der Synchronschalter 3 und der Steuerschalter 2 sind hier als MOSFETs, also als Leistungstransistoren, ausgeführt.
In dem AN-Zustand ist der Steuerschalter 2 geschlossen und der Synchronschalter 3 geöffnet. In dem AUS-Zustand ist der Steuerschalter 2 geöffnet und der Synchronschalter 3 geschlossen. Bei einem Übergang zwischen dem AN-Zustand und dem AUS-Zustand ändern der Steuerschalter 2 und der Synchronschalter 3 ihren Schaltzustand. Ein Übergang von dem AN-Zustand in den AUS-Zustand wird als Abschaltvorgang und ein Übergang von dem AUS-Zustand in den AN-Zustand wird als Einschaltvorgang bezeichnet.
Sowohl bei dem Abschaltvorgang als auch bei dem Einschaltvorgang werden ein Schalten des Synchronschalters 3 und des Steuerschalters 2 nicht gleichzeitig ausgelöst, sondern es verstreicht eine Totzeit zwischen einem Auslösen der beiden Schaltvorgänge. Dabei hängt eine Verlustleistung des Synchronwandlers von dieser Totzeit ab.
Wird der Einschaltvorgang betrachtet, so ergibt sich folgendes Verhalten des Synchronwandlers 100. Liegt eine zu große Totzeit zwischen einem Öffnen des Synchronschalters 3 und einem darauf folgenden Schließen des Steuerschalters 2, so wird eine parasitäre Diode des Synchronschalters 3 vorgespannt und es kann zu Leckströmen durch den Synchronschalter 3 und somit zu einer geringen negativen Schaltspannung V_SW während der Totzeit kommen. Auch kommt es bei einem Einschalten des Steuerschalters 2 nach der Totzeit zu Strömen durch den Steuerschalter 2, welche durch den sogenannten Reverse-Recovery-Effekt verursacht werden. Dieser Effekt wird dadurch verursacht, dass eine vorwärtsleitende parasitäre Diode des als MOSFET ausgeführten Steuerschalters 2 beim Einschalten des Steuerschalters nicht sofort schließt. Es werden somit Verluste verursacht, die je nach Arbeitspunkt des Synchronwandlers dominant werden, was insbesondere bei einer hohen Schaltfrequenz des Steuerschalters und des Synchronschalters der Fall ist. Die Schaltspannung ist eine Spannung, die zwischen einem Source-Kontakt und einem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 anliegt. Ist die Totzeit zu gering kann es dazu kommen, dass der Steuerschalter und der Synchronschalter gleichzeitig geschlossen sind, wodurch ein hoher Strom durch den Steuerschalter und den Synchronschalter zu einer Schaltungserde 4 fließen würde. In diesem Falle würde es während der Totzeit zu einer geringen positiven Ausgangsspannung V_SW kommen. Sowohl bei einer zu kurzen als auch bei einer zu langen Totzeit fließt somit ein Strom über den Synchronschalter, der zu Verlusten in dem Synchronwandler führt.
Wird der Abschaltvorgang betrachtet, so ergibt sich folgendes Verhalten des Synchronwandlers 100. Liegt eine zu große Totzeit zwischen einem Öffnen des Steuerschalters 2 und einem darauf folgenden Schließen des Synchronschalters 3, so wird eine parasitäre Diode des Synchronschalters 3 vorgespannt, nachdem die Schaltspannung V_SW auf einen Spannungswert unter 0 Volt abgefallen ist. Die Schaltspannung V_SW fällt dabei auf unter 0 Volt ab, da die Schaltkontakte des Synchronschalters 3 in dem Synchronwandler 100 mit einem Filter 103 verbunden sind, welcher sowohl kapazitive als auch induktive Elemente umfasst. Es kommt somit bei einer zu großen Totzeit zu Leckströmen durch den Synchronschalter 3 und somit zu einer geringen negativen Schaltspannung V_SW am Ende der Totzeit. Ist die Totzeit zu gering kann es dazu kommen, dass der Synchronschalter 3 geschlossen wird, bevor die Schaltspannung V_SW vollständig abgebaut ist. In diesem Falle fließt kurzeitig ein hoher Strom durch den Synchronschalter 3 zu einer Schaltungserde 4. In diesem Falle würde während der gesamten Totzeit eine hohe positive Schaltspannung V_SW vorliegen. Sowohl bei einer zu kurzen als auch bei einer zu langen Totzeit fließt somit ein Strom über den Synchronschalter, der zu Verlusten in dem Synchronwandler führt.
In den folgenden Ausführungsformen der Erfindung wird jeweils eine Vorrichtung zur Regelung der Totzeit beschrieben. Dabei ist der Steuerschalter 2 gleichzeitig der Steuerschalter oder auch High-Side-Schalter eines Synchronwandlers 100. Der Synchronschalter 3 ist gleichzeitig der Synchronschalter oder auch Low-Side-Schalter dieses Synchronwandlers 100. Sowohl der Steuerschalter 2 als auch der Synchronschalter 3 sind jeweils ein MOSFET. Der Synchronwandler 100 ist in 1 gezeigt. Der Synchronwandler 100 weist einen Versorgungseingang mit einem positiven Pol 101 und einem negativen Pol 102 auf. Zwischen dem positiven Pol 101 und dem negativen Pol 102 des Versorgungseingangs liegt eine Versorgungsspannung V_IN an, die eine Gleichspannung ist. Der positive Pol 101 ist mit einem Drain-Kontakt des Steuerschalters 2 verbunden. Ein Source-Kontakt des Steuerschalters 2 ist mit dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Der Source-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit dem negativen Pol 102 verbunden. Der Source-Kontakt des Synchronschalters 3 ist ferner mit der Schaltungserde 4 verbunden. An die Schaltkontakte des Synchronschalters 3, also den Drain-Kontakt und den Source-Kontakt des Synchronschalters 3, ist ein Eingang des Filters 103 geschaltet, welcher die Schaltspannung V_SW über deren zeitlichen Verlauf filtert. An einem Ausgang des Filters 103 wird eine Ausgangsspannung V_OUT des Synchronwandlers 100 ausgegeben. Der Steuerschalter 2 und der Synchronschalter 3 werden wie zuvor beschrieben wechselweise in den AN-Zustand und den AUS-Zustand geschaltet. Abhängig von einer Dauer des AN-Zustandes, einer Dauer des AUS-Zustandes sowie den dazwischenliegenden Totzeiten wird die Versorgungsspannung V_IN in die Ausgangsspannung V_OUT gewandelt.
2 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung 1 zur Regelung der Totzeit gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Vorrichtung 1 umfasst den Steuerschalter 2 und den Synchronschalter 3. Der Steuerschalter 2 und der Synchronschalter 3 sind entsprechend dem in 1 gezeigten Synchronwandler 100 mit ihren Schaltkontakten in Reihe geschaltet. Somit ist der Source-Kontakt des Steuerschalters 2 mit dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden.
Der Drain-Kontakt des Steuerschalters 2 ist mit dem positiven Pol 101 des Versorgungseingangs verbunden. Der Source-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit dem negativen Pol 102 des Versorgungseingangs verbunden. Der Source-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit der Schaltungserde 4 verbunden. Die Schaltspannung V_SW ist die Spannung, die zwischen dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 und dem Source-Kontakt des Synchronschalters 3 anliegt.
Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Steuereingang 5 auf, an welchen ein Steuersignal angelegt wird. Das Steuersignal ist beispielsweise eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung V_OUT und einer Referenzspannung. Der Steuereingang 5 ist über einen ersten Verstärker V1 mit einem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers OP1 verbunden. An einem Ausgang des ersten Verstärkers ergibt sich ein verstärktes Steuersignal V_C. Ein nicht-invertierender Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist mit einem Signalgenerator 7 verbunden, welcher ein Sägezahnsignal bereitstellt, in welchem eine Sägezahnspannung V_SAW langsam ansteigt und abrupt abfällt. Ein Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist über eine Anpassungsschaltung 8 und eine erste Treiberschaltung 9 mit einem Gate-Kontakt des Steuerschalters 2 verbunden. Die Anpassungsschaltung 8 und die erste Treiberschaltung 9 sind dabei in Reihe geschaltet.
Der nicht-invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist mit dem nicht-invertierten Eingang eines zweiten Operationsverstärkers OP2 und dem invertierenden Eingang eines dritten Operationsverstärkers OP3 verbunden. Ein Ausgang des zweiten Operationsverstärkers OP2 und ein Ausgang des dritten Operationsverstärkers OP3 sind jeweils mit einem Eingang eines Und-Gatters 6 verbunden. Ein Ausgang des Und-Gatters 6 ist über eine Kompensationsschaltung 11 und eine zweite Treiberschaltung 12 mit einem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden.
Der Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit einem ersten Eingang einer ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 verbunden. Ein zweiter Eingang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 ist mit dem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Ein erster Eingang einer zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 ist mit dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Ein zweiter Eingang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 ist über ein erstes Verzögerungselement 17 und ein invertierendes Element 18 mit dem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Das erste Verzögerungselement 17 verzögert ein an dieses anliegendes Eingangssignal in seinem zeitlichen Verlauf und stellt somit eine minimale Totzeit sicher. So verzögert das erste Verzögerungselement 17 den zeitlichen Verlauf des zweiten Schaltsignals beispielsweise um 500ps. Die erste Abtast-Halte-Schaltung 13 sowie die zweite Abtast-Halte-Schaltung 14 sind dazu eingerichtet, die Spannung, welche an ihrem ersten Eingang anliegt, zu erfassen, wenn eine steigende Spannungsflanke an ihrem zweiten Eingang auftritt, und diese an ihrem Ausgang auszugeben, also vorzuhalten, bis erneut eine steigende Spannungsflanke an ihrem zweiten Eingang auftritt. In der in 2 gezeigten Schaltung liegt die Schaltspannung V_SW an den ersten Eingängen der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 und der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 an. Das Erfassen der anliegenden Spannung kann dabei durch ein analoges oder digitales Abtasten erfolgen. Der Ausgang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 ist über einen zweiten Verstärker V2 mit einem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers OP2 verbunden. Der Ausgang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 ist über einen dritten Verstärker V3 mit einem nicht-invertierten Eingang des dritten Operationsverstärkers OP3 verbunden.
An dem Ausgang des zweiten Verstärkers V2 liegt somit eine erste Feedbackspannung V_LS,ON an, die sich aus einer verstärkten Spannung am Ausgang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 und somit aus der zu einem ersten Zeitpunkt abgetasteten Schaltspannung V_SW ergibt. An dem Ausgang des dritten Verstärkers V3 liegt somit eine zweite Feedbackspannung V_LS,OFF an, die sich aus einer verstärkten Spannung am Ausgang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 und somit aus der zu einem zweiten Zeitpunkt abgetasteten Schaltspannung V_SW ergibt.
Eine Spannung, die an dem Gate-Kontakt des Steuerschalters 2 anliegt, bildet dabei ein erstes Schaltsignal S1, welches dazu geeignet ist, den Steuerschalter 2 zu schalten. Eine Spannung, die an dem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 anliegt, bildet dabei ein zweites Schaltsignal S2, welches dazu geeignet ist, den Synchronschalter 3 zu schalten.
3 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf mehrerer Signale der in 2 gezeigten Schaltung. Dabei sind drei Zyklen des zyklischen Schaltens des Steuerschalters 2 und des Synchronschalters 3 gezeigt. Die drei Zyklen werden aus einem ersten Zyklus Z1, einem zweiten Zyklus Z2 und einem dritten Zyklus Z3 gebildet. Jeder Zyklus Z1, Z2, Z3 umfasst dabei einen AN-Zustand 50, einen AUS-Zustand 51, eine erste Totzeit t1, die auf den AN-Zustand 50 folgt und eine zweite Totzeit t2, die auf den AUS-Zustand 51 folgt.
In dem oberen Diagramm der 3 ist ein zeitlicher Verlauf der Sägezahnspannung V_SAW gezeigt, die innerhalb eines Zyklus Z1, Z2, Z3 ansteigt und am Ende jedes Zyklus Z1, Z2, Z3 abrupt abfällt. Die Sägezahnspannung V_SAW steigt dabei jeweils von einem Minimalwert V_Saw,min zu einem Maximalwert V_Saw,max an.
Ferner ist in dem oberen Diagramm der 3 ein zeitlicher Verlauf des verstärkten Steuersignals V_C gezeigt. Das verstärkte Steuersignal V_C ist in den dargestellten Zyklen Z1, Z2, Z3 konstant. Das bedeutet, dass die Ausgangsspannung V_OUT der Referenzspannung entspricht. Ferner ist ein zeitlicher Verlauf der ersten Feedbackspannung V_LS,ON und der zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF gezeigt. Sowohl die erste Feedbackspannung V_LS,ON als auch die zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF sind in den dargestellten Zyklen konstant. Das bedeutet, dass sowohl die erste als auch die zweite Totzeit t1, t2 bereits optimal gewählt sind. Die Spannung des verstärkten Steuersignals V_C ist größer als der Minimalwert V_Saw,min und kleiner als die erste Feedbackspannung V_LS,ON. Die Spannung der erste Feedbackspannung V_LS,ON ist größer als die Spannung des verstärkte Steuersignals V_C. Die Spannung der zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF ist größer als die Spannung der ersten Feedbackspannung V_LS,ON. Die Spannung der zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF ist kleiner als der Maximalwert V_Saw,max.
Das untere Diagramm der 3 zeigt einen beispielhaften Verlauf des ersten Schaltsignals S1, welches in 3 als gepunktete Linie dargestellt ist. Ferner ist das zweite Schaltsignal S2 in dem unteren Diagramm der 2 mit einer gestrichelten Linie dargestellt.
Der Steuerschalter 2 schaltet durch, wenn das erste Schaltsignal S1 auf einem hohen Signalpegel HIGH ist, und schaltet ab, wenn das erste Schaltsignal S1 auf einem niedrigen Signalpegel LOW ist. Der Synchronschalter 3 schaltet durch, wenn das zweite Schaltsignal S2 auf einem hohen Signalpegel HIGH ist, und schaltet ab, wenn das zweite Schaltsignal S2 auf einem niedrigen Signalpegel LOW ist.
Es ist ersichtlich, dass der Steuerschalter 2 immer dann durchschaltet, wenn die Sägezahnspannung V_Saw kleiner als das verstärkte Steuersignals V_C ist und immer dann abschaltet, wenn die Sägezahnspannung V_SAW größer als das verstärkte Steuersignal V_C ist. Es ist ferner ersichtlich, dass der Synchronschalter 3 immer dann geschlossen ist, wenn die Sägezahnspannung V_SAW größer als die erste Feedbackspannung V_LS,ON und kleiner als die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF ist. Dies ergibt sich, da der erste Operationsverstärker OP1, der zweite Operationsverstärker OP2 und der dritte Operationsverstärker OP3 jeweils als ein Komparator geschaltet sind.
Bei einem Betrieb der in 1 gezeigten Schaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Ausführungsform durchgeführt.
Dabei erfolgt das Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes, welcher die Schaltspannung V_SW über den Synchronschalter 3 zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt. In dieser ersten Ausführungsform erfolgt dies, indem ein erster Spannungswert, der die Schaltspannung V_SW zu einem ersten Zeitpunkt beschreibt, erfasst und vorgehalten wird und ein zweiter Spannungswert erfasst und vorgehalten wird, der die Schaltspannung V_SW zu einem zweiten Zeitpunkt beschreibt. Dabei wird der erste Spannungswert mittels der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 erfasst und vorgehalten und der zweite Spannungswert mittels der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 erfasst und vorgehalten.
Der erste Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, an dem das zweite Schaltsignal S2 ein Schalten des Synchronschalters 3 auslöst, wobei der Synchronschalter 3 bei diesem Schalten in einen geschlossenen Zustand geschalten wird. An dem zweiten Eingang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 liegt das zweite Schaltsignal S2 an. Tritt in dem zweiten Schaltsignal S2 eine steigende Spannungsflanke auf, was der Fall ist, wenn dieses von dem niedrigen Signalpegel LOW auf den hohen Signalpegel HIGH wechselt, so wird die erste Abtast-Halte-Schaltung 13 dazu angeregt, die Schaltspannung V_SW zu erfassen und diese an ihrem Ausgang vorzuhalten. Gleichzeitig schaltet der Synchronschalter 3 aufgrund des hohen Signalpegels HIGH des zweiten Schaltsignal S2 in den geschlossenen Zustand.
Der zweite Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, der eintritt, wenn das zweite Schaltsignal ein Schalten des Synchronschalters 3 ausgelöst hat und nach diesem Schalten ein vorgegebenes Zeitintervall abgelaufen ist.
An dem zweiten Eingang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 liegt ein modifiziertes zweites Schaltsignal S2 an, welches dem zweiten Schaltsignal S2 entspricht, jedoch durch das erste Verzögerungselement 17 einen zeitlichen Versatz gegenüber dem zweiten Schaltsignal S2 aufweist und durch das invertierenden Element 18 gegenüber dem zweiten Schaltsignal S2 invertiert ist. Tritt in dem zweiten Schaltsignal S2 eine abfallende Spannungsflanke auf, was der Fall ist, wenn dieses von dem hohen Signalpegel HIGH auf den niedrigen Signalpegel LOW wechselt, so wird die zweite Abtast-Halte-Schaltung 14 nach Ablauf einer durch das erste Verzögerungselement 17 definierten Zeit dazu angeregt, die Schaltspannung V_SW zu erfassen und diese an ihrem Ausgang vorzuhalten. Dabei schaltet der Synchronschalter 3 aufgrund des niedrigen Signalpegels LOW des zweiten Schaltsignal S2 in den offenen Zustand.
Das Signal, welches an dem Ausgang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 anliegt, wird über den zweiten Verstärker V2 verstärkt und gegebenenfalls um einen Offsetwert angehoben. Es ergibt sich daraus die erste Feedbackspannung V_LS,ON für einen jeweils folgenden Zyklus.
Das an dem Ausgang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 anliegende Signal wird durch den dritten Verstärker V3 verstärkt und gegebenenfalls um einen Offset angehoben. Es ergibt sich daraus die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF für einen jeweils folgenden Zyklus.
Insbesondere durch ein Einstellen des Offsetwertes, um welchen der zweite Verstärker V2 das Signal an dem Ausgang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 anhebt, kann somit eine Regelung der ersten Totzeit eingestellt werden. Durch ein Einstellen des Offsetwertes, um welchen der dritte Verstärker V3 das Signal an dem Ausgang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 anhebt, kann somit eine Regelung der zweiten Totzeit t2 eingestellt werden. Die Offsetwerte sind in dieser Ausführungsform derart gewählt, dass der Steuerschalter 2 bei einer Steuerspannung V_SW von 0 Volt in den geschlossenen Zustand schaltet und der Synchronschalter 3 bei einer Steuerspannung V_SW von 0 Volt in den geschlossenen Zustand schaltet.
4 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung 1 zur Regelung einer Totzeit in dem Synchronwandler 100 in einer zweiten Ausführungsform. Die Vorrichtung 1 umfasst den Steuerschalter 2 und den Synchronschalter 3. Der Steuerschalter 2 und der Synchronschalter 3 sind entsprechend dem in 1 gezeigten Synchronwandler 100 mit ihren Schaltkontakten in Reihe geschaltet. Somit ist der Source-Kontakt des Steuerschalters 2 mit dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Der Drain-Kontakt des Steuerschalters 2 ist mit dem positiven Pol 101 des Versorgungseingangs verbunden. Der Source-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit dem negativen Pol 102 des Versorgungseingangs verbunden. Der Source-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit der Schaltungserde 4 verbunden. Die Schaltspannung V_SW ist die Spannung, die zwischen dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 und dem Source-Kontakt des Synchronschalters 3 anliegt.
Die Vorrichtung 1 zur Regelung einer Totzeit in der zweiten Ausführungsform umfasst einen einstellbaren Totzeitgenerator 20. Der einstellbare Totzeitgenerator 20 weist einen ersten Ausgang, einen zweiten Ausgang, einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen dritten Eingang auf.
Die Vorrichtung 1 weist ferner den Steuereingang 5 auf, an welchen in dieser Ausführungsform ein Steuersignal angelegt wird, durch das ein Schaltzyklus des Synchronwandlers definiert wird. Das Steuersignal dieser zweiten Ausführungsform entspricht beispielsweise einem Signal, welches an einem Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 der ersten Ausführungsform vorliegt.
Der Steuereingang 5 ist mit dem ersten Eingang des einstellbaren Totzeitgenerators 20 verbunden. Der erste Ausgang des einstellbaren Totzeitgenerators 20 ist über die Anpassungsschaltung 8 und die erste Treiberschaltung 9 mit dem Gate-Kontakt des Steuerschalters 2 verbunden. Die Anpassungsschaltung 8 und die erste Treiberschaltung 9 sind dabei in Reihe geschaltet. Der zweite Ausgang des einstellbaren Totzeitgenerators 20 ist über die zweite Treiberschaltung 12 mit dem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden.
Der Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 ist mit dem ersten Eingang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 verbunden. Der zweite Eingang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 ist mit dem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Der erste Eingang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 ist mit dem Drain-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Der zweite Eingang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 ist über das erste Verzögerungselement 17 und das invertierende Element 18 mit dem Gate-Kontakt des Synchronschalters 3 verbunden. Die erste Abtast-Halte-Schaltung 13 sowie die zweite Abtast-Halte-Schaltung 14 sind dazu eingerichtet, die Spannung, welche an ihrem ersten Eingang anliegt, zu erfassen, wenn eine steigende Spannungsflanke an ihrem zweiten Eingang auftritt, und diese an ihrem Ausgang auszugeben, also vorzuhalten, bis erneut eine steigende Spannungsflanke an ihrem zweiten Eingang auftritt.
Der zweite Eingang des einstellbaren Totzeitgenerators 20 ist über einen ersten Bitzähler 22 und eine erste Analyseschaltung 21 mit dem Ausgang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 verbunden. Der erste Bitzähler 22 und die erste Analyseschaltung 21 sind dabei in Reihe geschaltet. Die erste Feedbackspannung V_LS,ON ist in dieser zweiten Ausführungsform die Spannung, welche an dem Ausgang der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 anliegt.
Der dritte Eingang des einstellbaren Totzeitgenerators 20 ist über einen zweiten Bitzähler 24 und eine zweite Analyseschaltung 23 mit dem Ausgang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 verbunden. Der zweite Bitzähler 24 und die zweite Analyseschaltung 23 sind dabei in Reihe geschaltet. Die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF ist in dieser zweiten Ausführungsform die Spannung, welches an dem Ausgang der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 14 anliegt.
Die ersten Analyseschaltung 21 ist eine Schaltung, die dazu eingerichtet ist, zu prüfen, ob ein Eingangssignal, welches in dieser Ausführungsform die erste Feedbackspannung V_LS,ON ist, innerhalb eines Zielbereichs 30 liegt, oberhalb des Zielbereichs 30 liegt oder unterhalb des Zielbereichs 30 liegt. Entsprechend einem Ergebnis dieser Prüfung gibt die erste Analyseschaltung 21 an ihrem Ausgang einen digitalen Bitwert aus. Die erste Analyseschaltung 21 gibt einen ersten Bitwert aus, wenn die erste Feedbackspannung V_LS,ON oberhalb des Zielbereichs 30 liegt, gibt einen zweiten Bitwert aus, wenn die erste Feedbackspannung V_LS,ON unterhalb des Zielbereichs 30 liegt, und gibt einen dritten Bitwert aus aus, wenn die erste Feedbackspannung V_LS,ON innerhalb des Zielbereichs 30 liegt. Der von der ersten Analyseschaltung 21 ausgegebene Bittwert wird an den ersten Bitzähler 22 übertragen.
Der erste Bitzähler 22 erhöht seinen Zählwert um den Wert „1“, wenn von der ersten Analyseschaltung 21 der erste Bitwert ausgegeben wird. Der erste Bitzähler 22 reduziert seinen Zählwert um den Wert „1“, wenn von der ersten Analyseschaltung 21 der zweite Bitwert ausgegeben wird. Der erste Bitzähler 22 behält seinen Zählwert bei, wenn von der ersten Analyseschaltung 21 der dritte Bitwert ausgegeben wird. Der erste Bitzähler 22 ändert seinen Zählwert dabei nur einmal pro Zyklus des Synchronwandlers 100. Der Zählwert des ersten Bitzählers 22 ist somit ein Stellwert, der dann geändert wird, wenn der erfasste und vorgehaltene Spannungswert, also die erste Feedbackspannung V_LS,ON, außerhalb des Zielbereiches 30 liegt.
Die zweite Analyseschaltung 23 ist eine Schaltung, die dazu eingerichtet ist, zu prüfen, ob ein Eingangssignal, welches in dieser Ausführungsform die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF ist, innerhalb des Zielbereichs 30 liegt, oberhalb des Zielbereichs 30 liegt oder unterhalb des Zielbereichs 30 liegt. Entsprechend einem Ergebnis dieser Prüfung gibt die zweite Analyseschaltung 23 an ihrem Ausgang einen digitalen Bitwert aus. Die zweite Analyseschaltung 23 gibt einen ersten Bitwert aus, wenn die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF oberhalb des Zielbereichs 30 liegt, gibt einen zweiten Bitwert aus, wenn die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF unterhalb des Zielbereichs 30 liegt, und gibt einen dritten Bitwert aus aus, wenn die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF innerhalb des Zielbereichs 30 liegt. Der von der zweiten Analyseschaltung 23 ausgegebene Bittwert wird an den zweiten Bitzähler 24 übertragen.
Der zweite Bitzähler 24 erhöht seinen Zählwert um den Wert „1“, wenn von der zweiten Analyseschaltung 23 der erste Bitwert ausgegeben wird. Der zweite Bitzähler 24 reduziert seinen Zählwert um den Wert „1“, wenn von der zweiten Analyseschaltung 23 der zweite Bitwert ausgegeben wird. Der zweite Bitzähler 24 behält seinen Zählwert bei, wenn von der zweiten Analyseschaltung 23 der dritte Bitwert ausgegeben wird. Der zweite Bitzähler 24 ändert seinen Zählwert dabei nur einmal pro Zyklus des Synchronwandlers. Der Zählwert des zweiten Bitzählers 24 ist somit ein Stellwert, der dann geändert wird, wenn der erfasste und vorgehaltene Spannungswert, also die zweite Feedbackspannung V_LS,OFF, außerhalb des Zielbereiches 30 liegt.
Der einstellbare Totzeitgenerator ist dazu eingerichtet, die Zählwerte des ersten und zweiten Bitzählers 22, 24 als digitale Werte abzufragen. Der einstellbare Totzeitgenerator 20 erzeugt basierend auf dem Steuersignal, welches an dessen ersten Eingang anliegt, das erste Steuersignal S1 und das zweite Steuersignal S2. Dabei wird die erste Totzeit t1 auf einen Zeitwert eingestellt, der auf dem Zählwert des ersten Bitzählers 22 beruht. Die zweite Totzeit t2 wird auf einen Zeitwert eingestellt, der auf dem Zählwert des zweiten Bitzählers 24 beruht.
5 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf mehrerer Signale der in 4 gezeigten Schaltung. Dabei sind ein erster Zyklus Z1, ein zweiter Zyklus Z2 und ein dritter Zyklus Z3 des zyklischen Schaltens des Steuerschalters 2 und des Synchronschalters 3 gezeigt. Jeder Zyklus Z1, Z2, Z3 umfasst dabei einen AN-Zustand 50, einen AUS-Zustand 51, eine erste Totzeit t1, die auf den An-Zustand 50 folgt und eine zweite Totzeit t2, die auf den AUS-Zustand 51 folgt.
In dem oberen Diagramm der 5 ist dabei ein beispielhafter Verlauf des ersten Schaltsignals S1 als gepunktete Linie dargestellt. Ferner ist in diesem Diagramm ein zeitlicher Verlauf des zweiten Schaltsignal S2 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Ein zeitlicher Verlauf der Schaltspannung V_SW ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass die Schaltspannung V_SW abfällt, wenn das erste Schalsignal S1 abfällt, da zu diesem Zeitpunkt der Steuerschalter 3 in einen offenen Zustand geschaltet wird. Es ist ferner ersichtlich, dass die Schaltspannung V_SW ansteigt, wenn das erste Schalsignal S1 ansteigt, da zu diesem Zeitpunkt der Steuerschalter 3 in einen geschlossenen Zustand geschaltet wird.
Das untere Diagramm der 5 zeigt einen beispielhaften Spannungsverlauf der ersten Feedbackspannung V_LS,ON und der zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF. Ferner ist der Zielbereich 30 gezeigt. Der Zielbereich 30 ist hier als ein Bereich gewählt, der einen Spannnungsbereich von knapp unter 0 Volt bis knapp über 0 Volt abdeckt.
So ist in dem in 5 gezeigten Beispiel ersichtlich, dass die Schaltspannung V_SW an einem Ende der ersten Totzeit t1 in dem ersten Zyklus Z1 nicht vollständig abgefallen ist, bevor das zweite Schaltsignal S2 ansteigt und der Synchronschalter 3 somit in einen geschlossenen Zustand schaltet. Die erste Totzeit t1 ist somit nicht optimal, sondern zu kurz. Entsprechend ist auch die von der ersten Abtast-Halte-Schaltung 13 zu diesem Zeitpunkt erfasste Schaltspannung V_SW zu hoch. Da die erste Feedbackspannung V_LS,ON abhängig von der erfassten Schaltspannung V_SW ist, ist die erste Feedbackspannung V_LS,ON zu hoch, was sich dadurch erkennen lässt, dass die erste Feedbackspannung V_LS,ON außerhalb des Zielbereiches 30 liegt.
Dies wird bei der Prüfung durch die Analyseschaltung 21 erkannt und es wird eine negative Spannung ausgegeben, durch welche der Zählwert des ersten Bitzählers 22 um den Wert „1“ inkrementiert wird. Der neue Zählwert des ersten Bitzählers 22 wird von dem Totzeitgenerator 20 ausgelesen. Dieser verzögert den Zeitpunkt, zu dem das zweite Schaltsignal 2 auf den hohen Signalpegel HIGH ansteigt und somit den Zeitpunkt, zu dem der Synchronschalter 3 in dem zweiten Zyklus Z2 geschlossen wird. Somit erfolgt ein Anpassen des zweiten Schaltsignals S2 entsprechend einem Stellwert, hier entsprechend dem Zählwert des ersten Bitzählers 22. Es ist ersichtlich, dass sich auf diese Weise ein Zeitpunkt zu dem der Synchronschalter 3 geschlossen wird immer weiter an einen optimalen Zeitpunkt anpasst und der Synchronschalter 3 in dem dritten Zyklus Z3 genau dann geschlossen wird, wenn die Schaltspannung V_SW einen Spannungswert von 0 Volt aufweist.
Eine entsprechende Regelung erfolgt für das erste Schaltsignal S1 basierend auf der zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF. Dabei wird ein Zeitpunkt verschoben, zu dem das erste Schaltsignal auf den hohen Signalpegel HIGH ansteigt und somit der Steuerschalter 2 geschlossen wird.
Somit erfolgt das Erfassen und Vorhalten der Spannungswerte, welche eine Schaltspannung V_SW über den Synchronschalter 3 zu dem ersten und zweiten Zeitpunkt beschreiben, entsprechend der ersten Ausführungsform mittels der ersten und der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 13, 14.
Das Anpassen des ersten und zweiten Schaltsignals S1, S2 für einen folgenden Zyklus erfolgt basierend auf den von den durch die erste und zweite Abtast-Halte-Schaltung 13, 14 vorgehaltenen Spannungswerten und somit basierend auf der ersten Feedbackspannung V_LS,ON und der zweiten Feedbackspannung VLS,OFF.
6 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit des Synchronwandlers 100 in einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform, wobei jedoch eine spezielle Lösung für eine Ausführung der ersten Analyseschaltung 21, der zweiten Analyseschaltung 23 und des einstellbaren Totzeitgenerators 20 aufgezeigt werden. Das an dem Steuereingang 5 anliegende Steuersignal ist in dieser dritten Ausführungsform ein Rechtecksignal, welches mit seiner Frequenz die Dauer des AN-Zustands und die Dauer des AUS-Zustands und somit die Dauer eines Zyklus Z1, Z2, Z3 des zyklischen Schaltens des Steuerschalters 2 und des Synchronschalters 3 vorgibt.
Die erste Analyseschaltung 21 wird dabei mit einer oberen Referenzspannung V_ref,h und einer unteren Referenzspannung V_ref,l versorgt. Die obere Referenzspannung V_ref,h definiert dabei eine obere Grenze des Zielbereichs 30 und die untere Referenzspannung V_ref,l definiert eine untere Grenze des Zielbereichs 30. Jede der Referenzspannungen V_ref,h, V_ref,l wird über jeweils einen Komparator 41, 42 mit der ersten Feedbackspannung V_LS,ON verglichen. Aus den Ausgangssignalen der Komparatoren 41, 42 wird durch eine Auswertungsschaltung 40 ermittelt, ob die erste Feedbackspannung V_LS,ON in dem Zielbereich 30 liegt. Die zweite Analyseschaltung 23 dieser dritten Ausführungsform entspricht der ersten Analyseschaltung 21 dieser dritten Ausführungsform. Dabei wird jedoch jede der Referenzspannungen V_ref,h, V_ref,l über jeweils einen Komparator mit der zweiten Feedbackspannung V_LS,OFF verglichen.
Der einstellbaren Totzeitgenerator 20 umfasst in dieser dritten Ausführungsform ein erstes einstellbares Verzögerungselement 43 und ein zweites einstellbares Verzögerungselement 44.
Das Rechtecksignal, welches an dem Steuereingang 5 anliegt, wird über das erste einstellbare Verzögerungselement 43 verzögert. Eine Verzögerung des ersten einstellbares Verzögerungselements 43 korrespondiert dabei zu dem Zählwert des zweiten Bitzählers 24. Das durch das erste einstellbare Verzögerungselement 43 verzögerte Rechtecksignal wird über ein weiteres Verzögerungselement 46, die Anpassungsschaltung 8 und die erste Treiberschaltung 9 an den Steuerschalter 2 angelegt. Es wird somit ein Einschalten des Steuerschalters 2 entsprechend dem Zählwert des zweiten Bitzählers 24 verzögert.
Das Rechtecksignal, welches an dem Steuereingang 5 anliegt, wird ferner über das zweite invertierende Element 45 invertiert und über das zweite einstellbare Verzögerungselement 44 verzögert. Eine Verzögerung des zweiten einstellbaren Verzögerungselements 44 korrespondiert dabei zu dem Zählwert des ersten Bitzählers 22. Das durch das zweite einstellbare Verzögerungselement 44 verzögerte Rechtecksignal wird über das weiteres Verzögerungselement 46 und die zweite Treiberschaltung 9 an den Synchronschalter 2 angelegt. Es wird somit ein Einschalten des Synchronschalters 3 entsprechend dem Zählwert des ersten Bitzählers 22 verzögert.
Es ergibt sich, dass das erste und des zweite Steuersignal S1, S2 aus einem gemeinsamen Steuersignal, hier dem Rechtecksignal, erzeugt werden.
Der der Steuerschalter 2 und der Synchronschalter 3 sind in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen als jeweils ein NMOS-Transistor ausgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Steuerschalter 2 und/oder der Synchronschalter 3 ebenso als PMOS-Transistor ausgeführt werden können.
Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 6 verwiesen.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler (100), in welchem ein zyklisches Schalten eines Steuerschalters (2) und eines Synchronschalters (3) erfolgen, wobei der Steuerschalter (2) mittels eines ersten Schaltsignals (S1) und der Synchronschalter (3) mittels eines zweiten Schaltsignals (S2) geschaltet werden, umfassend: – Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes, welcher eine Spannung (V_SW) über den Synchronschalter (3) zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt, und – Anpassen des ersten und/oder zweiten Schaltsignals (S1, S2) für einen folgenden Zyklus basierend auf dem vorgehaltenen Spannungswert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes ein erster Spannungswert erfasst und vorgehalten wird, der die Spannung zu einem ersten Zeitpunkt beschreibt, an dem das zweite Schaltsignal (S2) ein erstes Schalten des Synchronschalters (3) auslöst, wobei der Synchronschalter bei dem ersten Schalten in einen geschlossenen Zustand geschaltet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes ein zweiter Spannungswert erfasst und vorgehalten wird, der die Spannung zu einem zweiten Zeitpunkt beschreibt, der nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls eintritt, welches verstrichen ist, nachdem das zweite Schaltsignal (S2) ein zweites Schalten des Synchronschalters (3) ausgelöst hat, wobei der Synchronschalter (3) bei dem zweiten Schalten in einen offenen Zustand geschaltet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: – Stellen eines Stellwertes, falls der erfasste und vorgehaltene Spannungswert außerhalb eines Zielbereiches (30) liegt. – Anpassen des ersten und/oder zweiten Schaltsignals (S1, S2) entsprechend dem Stellwert.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellwert ein digitaler Wert ist, der inkrementiert oder dekrementiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: – Erzeugen des ersten und des zweiten Steuersignals (S1, S2) aus einem gemeinsamen Steuersignal, welches insbesondere ein Rückkopplungssignal einer Ausgangsspannung des Synchronwandlers (100) ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Steuersignal bei einem Erzeugen des ersten und/oder zweiten Steuersignals (S1, S2) gemäß dem Stellwert verzögert wird.
Synchronwandler (100) mit einer Vorrichtung (1) zur Regelung einer Totzeit, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Synchronwandler (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronschalter (3) und der Steuerschalter (2) des Synchronwandlers (100) jeweils ein Leistungstransistor, insbesondere ein MOSFET sind.
Synchronwandler (100) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen und Vorhalten eines Spannungswertes in der Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit durch eine digitale oder analoge Abtast-Halte-Schaltung (13, 14) erfolgt.