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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Schaltungen und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für eine Schaltschaltung.
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Leistungsversorgungssysteme sind bei vielen elektronischen Anwendungen wie beispielsweise Computern, Automobilen und Haushalts- und Industriebeleuchtungen verbreitet. Im Allgemeinen werden Spannungen innerhalb eines Leistungsversorgungssystems erzeugt, indem eine Gleichstrom-Gleichstrom-, Gleichstrom-Wechselstrom- und/oder Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzung durchgeführt wird, indem ein Schalter betätigt wird, der mit einem Induktor oder Transformator belastet ist. Eine Klasse solcher Systeme umfasst Schaltleistungsversorgungen (SMPS). Eine SMPS ist in der Regel effizienter als andere Arten von Leistungsumsetzungssystemen, da die Leistungsumsetzung durch gesteuertes Laden und Entladen des Induktors oder Transformators durchgeführt wird und die Energie, die aufgrund von Leistungsverlust über Widerstandsspannungsabfälle verloren geht, verringert wird.
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Eine SMPS umfasst in der Regel mindestens einen Schalter und einen Induktor oder Transformator. Einige spezifische Topologien umfassen unter anderem Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller und Sperrwandler [engl.: flyback converters]. Eine Steuerschaltung wird üblicherweise zum Öffnen und Schließen des Schalters verwendet, um den Induktor oder Transformator zu laden oder zu entladen. Bei einigen Anwendungen wird die der Last zugeführte Stromstärke und/oder die der Last zugeführte Spannung über eine Rückkopplungsschleife gesteuert.
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Bei einigen Leistungsversorgungssystemen wird das Schalten mit einer festen Frequenz durchgeführt, während der Tastgrad angepasst wird, um eine Ausgangsspannung, eine Ausgangsstromstärke oder eine Ausgangsleistung zu steuern. Beispielsweise wird bei einigen Leuchtdiodenanwendungen (LED-Anwendungen) eine Eingangswechselspannung in einer SMPS in eine Ausgangsgleichspannung umgesetzt, um eine Kette von in Reihe geschalteten LEDs zu versorgen. Durch Anpassen der Gleichstromausgabe dahingehend, dass mehr oder weniger Stromstärke oder Spannung geliefert wird, kann die Intensität des Lichts aus der Kette von in Reihe geschalteten LEDs gemäß einer Anforderung eines Anwenders angepasst werden. Die Schaltfrequenz der SMPS kann verschiedene Effekte auf das emittierte Licht, das erzeugte Schaltungsrauschen oder die erzeugten elektromagnetischen Störungen (EMI) haben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Schaltleistungsversorgung (SMPS) einen Controller, der eine Messschaltung und einen Pulsweitenmodulator mit einem Ausgang, der dazu ausgebildet ist, mit einem Steuerknoten eines Schalters des SMPS gekoppelt zu werden, umfasst. Die Messschaltung ist dazu ausgebildet, einen Phasenwinkel eines Wechselstromleitungseingangssignals (engl.: AC line input) der SMPS zu bestimmen und eine Frequenz eines Steuersignals an dem Ausgang des Pulsweitenmodulators auf der Grundlage des Phasenwinkels zu modulieren.
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Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachteten Beschreibungen Bezug genommen, wobei:
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1 ein Systemblockdiagramm einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
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2 eine schematische Darstellung einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
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3 ein Funktionsblockdiagramm eines Controllers für eine Schaltleistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
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4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F Wellenformdiagramme von einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform darstellen;
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5A und 5B Wellenformdiagramme von einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellen;
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6A und 6B Wellenformdiagramme von einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellen;
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7 ein Funktionsblockdiagramm eines Controllers für eine Schaltleistungsversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt;
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8 eine schematische Darstellung einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; und
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9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Schaltschaltung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
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Entsprechende Ziffernfolgen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich in der Regel auf entsprechende Teile, sofern es nicht anders angegeben ist. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der Ausführungsformen deutlich veranschaulichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
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Das Herstellen und Verwenden von verschiedenen Ausführungsformen sind im Folgenden ausführlich diskutiert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen in einer großen Vielzahl von spezifischen Kontexten anwendbar sind. Die spezifischen Ausführungsformen, die diskutiert werden, veranschaulichen lediglich spezifische Wege, verschiedene Ausführungsformen herzustellen und zu verwenden, und sollten nicht in einem eingeschränkten Umfang interpretiert werden.
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Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, nämlich Schaltschaltungen wie SMPS und insbesondere Wechselstrom-Gleichstrom-Schaltleistungsversorgungen. Einige der hier beschriebenen Ausführungsformen umfassen LED-Beleuchtungssysteme, Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsversorgungen, eine Frequenzmodulation von Schaltleistungsversorgungen und -wandlern und Controller zum Schalten von Leistungsversorgungen. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch auf andere Anwendungen, die eine beliebige Art von Schaltschaltung umfassen, gemäß einer beliebigen in der Technik bekannten Art und Weise angewendet werden.
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Schaltleistungsversorgungen, die mit einer festen Schaltfrequenz arbeiten, können einige unerwünschte Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann die Verwendung einer festen Schaltfrequenz für Schaltleistungsversorgungen bei einigen Beleuchtungsanwendungen, die von der Schaltleistungsversorgung versorgt werden, zu einem Flimmern führen. Bei einigen Anwendungen kann das Verwenden einer festen Schaltfrequenz für Schaltleistungsversorgungen zu übermäßigen elektromagnetischen Störungen (EMI) führen. In weiteren Anwendungen kann das Verwenden einer festen Schaltfrequenz für Schaltleistungsversorgungen zu übermäßigen oder unerwünschten Pegeln der Gesamtoberschwingungsverzerrung (THD) oder der Energie pro Oberschwingungsfrequenz führen. Somit werden gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen Schaltleistungsversorgungen mit einer Schaltfrequenz betrieben, die basierend auf einer Funktion des Eingangssignals moduliert wird. In verschiedenen weiteren Ausführungsformen werden die Schaltfrequenz oder andere Schaltparameter angepasst, um eine Ausgangsspannung, eine Ausgangsstromstärke oder eine Ausgangsleistung zu steuern.
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In verschiedenen Ausführungsformen bestimmt ein Controller für eine Schaltleistungsversorgung den Phasenwinkel eines Eingangssignals. Das Eingangssignal kann ein gleichgerichtetes Wechselstromsignal sein. Basierend auf dem Phasenwinkel moduliert der Controller die Schaltfrequenz der Schaltleistungsversorgung unter Verwendung einer Funktion des Phasenwinkels. In zahlreichen verschiedenen Ausführungsformen kann die Funktion des Phasenwinkels Sägezahnfunktionen, Polynomfunktionen, lineare Funktionen, hyperbolische Funktionen, Sinusfunktionen oder andere Funktionen umfassen, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben ist. Bei derartigen Ausführungsformen kann die Modulation der Schaltfrequenz als Funktion des Phasenwinkels des Eingangssignals ein Flimmern in Beleuchtungssystemen verringern oder beseitigen und kann EMI, THD und Energie pro harmonischer Frequenz in allgemeinen Systemen reduzieren. In weiteren Ausführungsformen moduliert der Controller die Schaltfrequenz der Schaltleistungsversorgung unter Verwendung einer Funktion des Eingangssignals, wie beispielsweise der Frequenz. In solchen Ausführungsformen kann die Funktion zum Modulieren der Schaltfrequenz sowohl den Phasenwinkel als auch die Frequenz des Eingangssignals umfassen.
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1 zeigt ein Systemblockdiagramm eine Schaltleistungsversorgung 100 gemäß einer Ausführungsform, die eine Eingangsversorgung 102, ein Filter 104, einen Gleichrichter 106, einem Schaltwandler 108, einen Controller 110 und eine Last 112 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen liefert die Eingangsversorgung 102 Leistung aus einer Leistungsquelle. In einigen Ausführungsformen ist die Eingangsversorgung 102 eine Wechselstromversorgung wie z. B. eine vom Netz versorgte Steckdose. Insbesondere ist die Schaltleistungsversorgung 100 mit Bezug auf eine Wechselstromversorgung angeordnet und beschrieben. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen die Eingangsversorgung 102 stattdessen eine Gleichstromversorgung wie beispielsweise eine Batterie oder Brennstoffzelle sein. Verschiedene Abwandlungen können von Fachleuten auf dem Gebiet leicht erkannt werden. Beispielsweise kann der Gleichrichter 106 weggelassen werden, wenn die Eingangsversorgung 102 eine Gleichstromversorgung ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen liefert die Eingangsversorgung 102 ein Wechselstromsignal an das Filter 104, das ein gefiltertes Wechselstromsignal an den Gleichrichter 106 liefert. Der Gleichrichter 106 erzeugt ein gleichgerichtetes periodisches Signal, das an den Schaltwandler 108 geliefert wird. In verschiedenen Ausführungsformen bestimmt der Controller 110 den Phasenwinkel des Wechselstromsignals. Der Controller 110 kann den Phasenwinkel oder die Wechselstromfrequenz des Wechselstromsignals vor oder nach der Gleichrichtung bestimmen. In zahlreichen verschiedenen Ausführungsformen empfängt der Controller 110 eine Eingabe von der Eingangsversorgung 102, dem Filter 104 oder dem Gleichrichter 106, wie es durch die gestrichelten Linien gezeigt ist. Der Controller 110 bestimmt den Phasenwinkel oder die Wechselstromfrequenz des Wechselstromsignals basierend auf der Eingabe. In solchen Ausführungsformen kann der Controller 110 die Spannung des Wechselstromsignals messen und den Phasenwinkel oder die Wechselstromfrequenz bestimmen. Der Controller 110 empfängt auch Rückkopplungssignale aus dem Schaltwandler 108. Die Rückkopplungssignale können beispielsweise ein Maß der in dem Schaltwandler 108 fließenden Stromstärke oder eine Messung der Spannung, die an einem Ausgang des Schaltwandlers 108 geliefert wird, umfassen. Auf der Grundlage der gemessenen Eingangsspannung, des Phasenwinkels, der Wechselstromfrequenz oder der Rückkopplungssignale erzeugt der Controller 110 ein Schaltsteuersignal für den Schaltwandler 108, um ein gewünschtes Ausgangssignal zu erzeugen, um die Last 112 zu versorgen. Beispielsweise kann die Last 112 in einer Beleuchtungsanwendung in Reihe geschaltete LEDs umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ausgangssignal ein Gleichstrom- oder ein Wechselstromsignal sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugt der Controller 110 das Schaltsteuersignal mit einer Schaltfrequenz. In solchen Ausführungsformen wird die Schaltfrequenz während des Schaltzyklus moduliert. Insbesondere wird die Schaltfrequenz unter Verwendung einer Funktion des Wechselstromsignals moduliert. In besonderen Ausführungsformen wird die Schaltfrequenz unter Verwendung einer Funktion des Phasenwinkels oder der Wechselstromfrequenz des Wechselstromsignals moduliert. Die spezifische Funktion, die verwendet wird, kann verschiedene Funktionstypen umfassen, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die anderen Figuren weiter beschrieben ist. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 110 die Schaltperiode des an den Schaltwandler 108 gelieferten Schaltsteuersignals modulieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen steuert der Controller 110 den Schaltwandler 108 unter Verwendung des Schaltsteuersignals, um ein geregeltes Ausgangssignal an die Last 112 zu liefern. Zum Beispiel kann der Controller 110 einen Schalttastgrad anpassen, um mehr oder weniger Stromstärke oder Spannung durch den Schaltwandler 108 an die Last 112 zu liefern. In einer weiteren Ausführungsform kann der Controller 110 die durchschnittliche Schaltfrequenz steuern, um die an die Last 112 gelieferte durchschnittliche Leistung (oder Spannung oder Stromstärke) zu regulieren. In solchen Ausführungsformen moduliert der Controller 110 die Schaltfrequenz, um die Leistungsfähigkeit unter Verwendung der Momentanleistungsübertragung, deren Durchschnitt 0 ist, zu optimieren.
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Ferner kann der Controller 110 in einigen Ausführungsformen den Schaltwandler 108 so steuern, dass er in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal oder dem Eingangssignal in verschiedenen Betriebsarten arbeitet. Beispielsweise kann der Controller 110 in einigen Ausführungsformen den Schaltwandler 108 so steuern, dass er in einer Betriebsart mit diskontinuierlicher Leitung (DCM) oder einer quasi-resonanten Betriebsart (QRM) arbeitet. In alternativen Ausführungsformen kann der Controller 110 den Schaltwandler 108 auch so steuern, dass er in einem einer Betriebsart mit kontinuierlicher Leitung (CCM) arbeitet. Die Betriebsarten, die durch den Controller 110 eingeleitet werden, können in einigen Ausführungsformen auf der Grundlage spezifischer Schaltleistungsversorgungsanwendungen variieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltleistungsversorgung 120 gemäß einer Ausführungsform, die Eingangsanschlüsse 122a und 122b, einen Filter 124, einen Brückengleichrichter 126, einen Schalttransistor 128, einen Controller 130, Ausgangsanschlüsse 132a und 132b, einen Transformator 134 und LEDs 136a, 136b, ... und 136n. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schaltleistungsversorgung 120 eine Implementierung der Schaltleistungsversorgung 100 sein, die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Die Eingangsanschlüsse 122a und 122b empfangen ein Wechselstromeingangssignal VAC, das durch das Filter 124 gefiltert und durch den Brückengleichrichter 126 gleichgerichtet wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt der Controller 130 über eine Diode D1, eine Diode D2 und einen Widerstand R1 ein gleichgerichtetes Signal VRS, das dem Wechselstromeingangssignal VAC entspricht, an einem Spannungseingangspin HV. Der Controller 130 empfängt zudem als Rückkopplungssignale eine Rückkopplungsspannung VFB und eine Schaltstromstärke ISW an einem Nulldurchgangsdetektionspin ZCD bzw. einem Stromstärkeerfassungspin CS. In solchen Ausführungsformen wird die Rückkopplungsspannung VFB durch eine Widerstandsteilerschaltung erzeugt, die einen Widerstand R3 und einen Widerstand R4 umfasst, die zwischen einer zweiten primärseitigen Wicklung des Transformators 134 und dem Masseknoten GND angeschlossen sind. In einigen besonderen Ausführungsformen kann der Masseknoten GND ein Referenzpotential aufweisen, das sich von Erde unterscheidet. Der Controller 130 kann auch einen Massepin aufweisen, der mit dem Masseknoten GND wie gezeigt verbunden ist.
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Eine erste primärseitige Wicklung und eine sekundärseitige Wicklung des Transformators 134 sorgen für eine Trennung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Schaltleistungsversorgung 120. Die Eingangsseite umfasst den Filter 124, den Brückengleichrichter 126, den Schalttransistor 128 und den Controller 130 und die Ausgangsseite liefert eine Versorgungsspannung VSUP an die LEDs 136a, 136b, ... und 136n. In solchen Ausführungsformen kann eine beliebige Anzahl von LEDs enthalten sein und n entspricht der Anzahl der enthaltenen LEDs. Beispielsweise ist bei Ausführungsformen mit n = e die Anzahl der enthaltenen LEDs fünf LEDs, die als LEDs 136a, 136b, 136c, 136d und 136e angegeben sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen gibt der Controller 130 ein Schaltsignal SW an einem Gateansteuerpin GD aus. Somit liefert der Controller 130 das Schaltsignal SW über den Widerstand R2 an den Schalttransistor 128, um die an die Ausgangsanschlüssen 132a und 132b gelieferte Versorgungsspannung VSUP zu erzeugen und zu regeln. In verschiedenen Ausführungsformen weist das Schaltsignal SW eine Schaltfrequenz fsw, die entsprechende Schaltperiode Tsw und einen Tastgrad SW% auf. Durch Variieren des Tastgrades SW% ist der Controller 130 in der Lage, die Versorgungsspannung VSUP zu regeln, um je nach Systembetrieb und Anwendung mehr oder weniger Stromstärke oder Spannung an die LEDs 136a, 136b, ... und 136n zu liefern. In besonderen Ausführungsformen passt der Controller 130 den Tastgrad SW% basierend auf der Rückkopplungsspannung VFB, die an dem Nulldurchgangsdetektionspin ZCD empfangen wird, und der Schaltstromstärke ISW, die an dem Stromstärkeerfassungspin CS empfangen wird, an. In alternativen Ausführungsformen kann der Controller 130 auch den Tastgrad SW% basierend auf dem gleichgerichteten Signal VRS, das an einem Spannungseingangspin HV empfangen wird, anpassen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen moduliert der Controller 130 zudem die Schaltfrequenz fsw des Schaltsignals SW. Insbesondere moduliert der Controller 130 die Schaltfrequenz fsw durch Anwenden einer Modulationsfunktion. Die Modulationsfunktion ist eine Funktion des gleichgerichteten Signals VRS. In besonderen Ausführungsformen ist die Modulationsfunktion eine Funktion des Phasenwinkels des gleichgerichteten Signals VRS. In derartigen Ausführungsformen wendet der Controller 130 die Modulationsfunktion, die basierend auf dem Phasenwinkels des gleichgerichteten Signals VRS variiert, auf die Schaltfrequenz fsw an. In weiteren Ausführungsformen kann die Modulationsfunktion auch eine Funktion der Frequenz des gleichgerichteten Signals VRS sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Modulationsfunktion, die auf die Schaltfrequenz fsw angewendet wird, Sägezahnfunktionen, Polynomfunktionen, lineare Funktionen, hyperbolische Funktionen oder Sinusfunktionen umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Modulationsfunktion, die auf die Schaltfrequenz fsw angewendet wird, andere Funktionen umfassen.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Schaltleistungsversorgung 120 zudem verschiedene passive Elemente. Beispielsweise kann die Schaltleistungsversorgung 120 in einigen Ausführungsformen eine Freilaufdiode D3 und eine Ausgangsdiode D4 umfassen, um eine Strompolarität aufrechtzuerhalten. Eingangskondensatoren C1 und C2 können den Filter 124 begleiten. Ein Ausgangskondensator C5 kann die Versorgungsspannung VSUP regeln oder stabilisieren. Ferner kann der Eingangsfilterkondensator C3 zusammen mit einer Dämpfungsbeschaltung, die durch einen Widerstand R5 und einen Kondensator C4 gebildet wird, die parallel geschaltet sind, mit einem Ausgang des Brückengleichrichters 126 und einem Eingang der ersten primärseitigen Wicklung des Transformators 134 gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schaltstromstärke ISW als Spannung an dem Stromerfassungspin CS gemessen werden. In solchen Ausführungsformen kann der Widerstand R6 enthalten sein, um die Schaltstromstärke ISW zu leiten und eine Spannung zu erzeugen, die der Schaltstromstärke ISW entspricht. In verschiedenen Ausführungsformen können solche passiven Komponenten so umgeordnet werden, dass weniger Komponenten oder zusätzliche Komponenten enthalten sind. Wie von Fachleuten ohne Weiteres erkennbar ist, hängen die Impedanzwerte der verschiedenen passiven Komponenten von den spezifischen Anwendungen ab und können sich zwischen vielen Werten bewegen.
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3 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines Controllers 140 für eine Schaltleistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Controller 140 eine Ausführungsform einer Implementierung des Controllers 130 oder eines Teil des Controllers 130 in der Schaltleistungsversorgung 120, wie sie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. Der Controller 140 umfasst eine Phasendetektionsschaltung 144, eine Phasenfunktionsschaltung 146, einen dynamischen Controller 148, eine Pulsweitenmodulationsschaltung (PWM-Schaltung) 150, eine Ansteuerschaltung 152, eine Stromstärkeerfassungsschaltung 154 und eine Nulldurchgangsdetektionsschaltung (ZCD-Schaltung) 156.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen liefert der dynamische Controller 148 ein Schaltsteuersignal SWCTL an die PWM-Schaltung 150, um das Schalten zu steuern. Das Schaltsteuersignal SWCTL kann Informationen zum Erzeugen eines pulsweitenmodulierten logischen Schaltsignals LSW enthalten. In besonderen Ausführungsformen kann das Schaltsteuersignal SWCTL eine maximale Einschaltzeit, eine minimale Schaltperiode, eine maximale Schaltperiode, Tastgradinformationen oder Nulldurchgangsinformationen umfassen. Die PWM-Schaltung 150 verwendet die Informationen, die in dem Schaltsteuersignal SWCTL enthalten sind, um die spezifische Schaltfrequenz und den Tastgrad zu berechnen, die zum Steuern eines Schalttransistors verwendet werden, und erzeugt ein pulsweitenmoduliertes logisches Schaltsignal LSW auf der Grundlage der Schaltfrequenz und des Tastgrad, die berechnet werden. In solchen Ausführungsformen wird das pulsweitenmodulierte logische Schaltsignal LSW an die Ansteuerschaltung 152 geliefert, die ein Ansteuerstärkesignal, das Schaltsignal SW, erzeugt, um einen Schalttransistor anzusteuern, der mit dem Gateansteuerpin GD gekoppelt ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt der dynamische Controller 148 ein Schaltsteuersignal SWCTL auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals FB1 und eines Rückkopplungssignals FB2 aus der Stromstärkeerfassungsschaltung 154 bzw. der ZCD-Schaltung 156. Die Stromstärkeerfassungsschaltung 154 erzeugt Schaltstromstärke-Rückkopplungsinformationen, das Rückkopplungssignal FB1, basierend auf der Schaltstromstärke ISW, die an dem Stromstärkeerfassungspin CS empfangen wird. In solchen Ausführungsformen kann die Schaltstromstärke ISW direkt eine Stromstärkemessung sein oder eine Spannungsmessung, die eine Stromstärke angibt, sein. Basierend auf der Schaltstromstärke ISW erzeugt die Stromstärkeerfassungsschaltung 154 die Schaltstromstärke-Rückkopplungsinformationen für das Rückkopplungssignal FB1 entweder als digitale oder analoge Rückkopplung. Ähnlich erzeugt die ZCD-Schaltung 156 Nulldurchgangs-Rückkopplungsinformationen, das Rückkopplungssignal FB2, basierend auf der Rückkopplungsspannung VFB, die an dem Nulldurchgangsdetektionspin ZCD empfangen wird. Basierend auf der Rückkopplungsspannung VFB erzeugt die ZCD-Schaltung 156 die Nulldurchgangs-Rückkopplungsinformationen für das Rückkopplungssignal FB2 entweder als digitale oder analoge Rückkopplung. Die ZCD-Schaltung 156 kann das Rückkopplungssignal FB2 in verschiedenen Ausführungsformen an den dynamischen Controller 148 und die PWM-Schaltung 150 liefern. In einer speziellen Ausführungsform kann die PWM-Schaltung 150 während bestimmter Betriebsarten allein auf der Grundlage des Rückkopplungssignals FB2 arbeiten und den dynamischen Controller 148 umgehen.
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In derartigen Ausführungsformen verwendet der dynamische Controller 148 das Rückkopplungssignal FB1 und das Rückkopplungssignal FB2, um die in dem Schaltsteuersignal SWCTL enthaltenen Informationen anzupassen. In einigen Ausführungsformen kann der dynamische Controller 148 das Schaltsteuersignal SWCTL kontinuierlich anpassen. In anderen Ausführungsformen kann der dynamische Controller 148 das Schaltsteuersignal SWCTL diskret in festen oder variablen Stufengrößen, um die in dem Schaltsteuersignal SWCTL enthaltenen Informationen zu inkrementieren, anpassen. In einigen Ausführungsformen kann der dynamische Controller 148 als ein Proportional-Integral-Differenzial-Controller (PID-Controller) implementiert sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen empfängt der dynamische Controller 148 zudem eine Phasenfunktion F(Φ) aus der Phasenfunktionsschaltung 146. In solchen Ausführungsformen erzeugt der dynamische Controller 148 ein Schaltsteuersignal SWCTL, um die Schaltfrequenz fsw und die Schaltperiode Tsw des Schalttransistors, der mit dem Gateansteuerpin GD gekoppelt ist, auf der Grundlage der Phasenfunktion F(Φ) anzupassen oder zu modulieren. Insbesondere wird die Schaltfrequenz fsw unter Verwendung der Phasenfunktion F(Φ) moduliert.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Phasendetektionsschaltung 144 das gleichgerichtete Signal VRS aus dem Spannungseingangspin HV. Die Phasendetektionsschaltung 144 kann in einigen Ausführungsformen einen Analog-Digital-Wandler oder einen Komparator, der ein digitales gleichgerichtetes Signal erzeugt, umfassen. In anderen alternativen Ausführungsformen kann der ADC in der Phasendetektionsschaltung 144 entfallen. Die Phasendetektionsschaltung 144 identifiziert den Phasenwinkel Φ des gleichgerichteten Signals VRS oder des digitalen gleichgerichteten Signals, der dem Phasenwinkel des eingegebenen gleichgerichteten Signals für die Schaltleistungsversorgung wie beispielsweise der Schaltleistungsversorgung 120 entspricht, wie sie oben beispielsweise unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. In solchen Ausführungsformen wiederholt sich das gleichgerichtete Signal VRS alle 180°, da das gleichgerichtete Signal VRS und dementsprechend das digitale gleichgerichtete Signal gleichgerichtet ist. Im Vergleich dazu wiederholt sich das Wechselstromeingangssignal VAC (2) alle 360°. Somit zeigt der Phasenwinkel Φ die Phase des gleichgerichteten Signals VRS und dementsprechend des digitalen gleichgerichteten Signals im Bereich von 0° bis 180° an. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Phasendetektionsschaltung 144 zudem die Frequenz des gleichgerichteten Signals VRS detektieren. Beispielsweise kann die Phasendetektionsschaltung 144 einen Komparator oder mehrere Komparatoren mit Schwellen, die zum Detektieren von ansteigenden und fallenden Eingangssignalen verwendet werden, umfassen. Basierend auf den Vergleichen wird ein Signal zum Vergleich mit einem Oszillatorsignal erzeugt, um die Frequenz des gleichgerichteten Signals VRS zu bestimmen.
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In solchen Ausführungsformen empfängt die Phasenfunktionsschaltung 146 den Phasenwinkel Φ aus der Phasendetektionsschaltung 144 und erzeugt die Phasenfunktion F(Φ), die zahlreiche verschiedene Funktionstypen umfassen kann. In einigen Ausführungsformen kann die Phasenfunktion F(Φ) eine Funktion des Phasenwinkels Φ und der Eingangsfrequenz sein. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die Phasenfunktion F(Φ) eine Sägezahnfunktion des Phasenwinkels Φ. In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst die Phasenfunktion F(Φ) eine Polynomfunktion des Phasenwinkels Φ. In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst die Phasenfunktion F(Φ) eine lineare Funktion des Phasenwinkels Φ. In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst die Phasenfunktion F(Φ) eine hyperbolische Funktion des Phasenwinkels Φ. In noch einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst die Phasenfunktion F(Φ) eine Sinusfunktion des Phasenwinkels Φ. In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst die Phasenfunktion F(Φ) eine Kombination der obigen Funktionen. In alternativen Ausführungsformen umfasst die Phasenfunktion F(Φ) andere Funktionen des Phasenwinkels Φ. In besonderen Ausführungsformen kann jede der obigen Funktionen asymmetrisch um 90º für den Phasenwinkel Φ sein. In anderen besonderen Ausführungsformen kann irgendeine der obigen Funktionen für den Phasenwinkel Φ symmetrisch um 90° sein. Die Phasenfunktionsschaltung 146 kann die Phasenfunktion F(Φ) in einigen Ausführungsformen direkt aus dem Phasenwinkel Φ berechnen. In anderen Ausführungsformen kann die Phasenfunktionsschaltung 146 eine Nachschlagetabelle (LUT) unter Verwendung des Phasenwinkels Φ verwenden, um die Werte der Phasenfunktion F(Φ) abzurufen. In verschiedenen derartigen Ausführungsformen kann die Phasenfunktion F(Φ) einen Faktor enthalten, der auf der Eingangsfrequenz basiert und das Verhalten der Phasenfunktion F(Φ) anpasst. Eine weitere Beschreibung einiger spezifischer Ausführungsformen der Phasenfunktionen F(Φ) ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 4B, 4C, 4D, 4E und 4F gegeben.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Phasenfunktionsschaltung 146 durch einen digitalen Controller oder einen Prozessor als eine digitale Schaltung, wie beispielsweise in einem digitalen Signalprozessor (DSP), implementiert sein. In anderen Ausführungsformen ist die Phasenfunktionsschaltung 146 unter Verwendung von diskreten Komponenten implementiert und kann unter Verwendung von diskreten analogen Schaltungen oder digitalen Logikschaltungskomponenten implementiert sein.
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In verschiedenen weiteren Ausführungsformen kann der Controller 140 dazu ausgebildet sein, mehrere Schalttransistoren anzusteuern. In solchen Ausführungsformen sind verschiedene Abwandlungen für Fachleute auf dem Gebiet leicht ersichtlich. Beispielsweise kann der Gateansteuerpin GD mehrere Gateansteuerpins umfassen und die Rückkopplungs- und die Steuerschleife, die Schaltsignale für jeden der Gateansteuerpins erzeugen, werden abgewandelt, um die Schaltsignale für jeden der Gateansteuerpins in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben zu erzeugen. Ferner können verschiedene Implementierungen des Controllers 140 vollkommen digitale, vollkommen analoge und gemischt analoge und digitale Implementierungen umfassen. In besonderen Ausführungsformen ist der Controller 140 ein digitaler Controller. In einigen spezifischen Ausführungsformen weist der Controller 140 einen digitalen Betrieb und digitale Komponenten für alle Elemente außer der Ansteuerschaltung 152 auf.
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4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F veranschaulichen Wellenformdiagramme aus einer Schaltleistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform. Diese Wellenformdiagramme können der Schaltleistungsversorgung 100 oder der Schaltleistungsversorgung 120 entsprechen, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben sind. Die in 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F dargestellten Wellenformen umfassen die Spannungswellenform 200 und die Schaltfrequenzwellenformen 205, 210, 215, 220 und 225. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen stellt die Spannungswellenform 200 eine Eingangsspannung für eine Ausführungsform der Leistungsversorgung dar. Wie gezeigt ändert sich die Spannungswellenform 200 als eine Funktion des Phasenwinkels Φ von 0° bis 180° im Betrag. In einigen Ausführungsformen ist die Spannungswellenform 200 ein gleichgerichtetes Wechselstromeingangssignal. Aufgrund der Gleichrichtung wiederholt sich das Signal alle 180°.
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4B, 4C, 4D, 4E und 4F stellen Schaltfrequenzwellenformen 205, 210, 215, 220 und 225 dar, die der Spannungswellenform 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen von Phasenfunktionen F(Φ) entsprechen. Die Schaltfrequenzwellenform 205 stellt eine Phasenfunktion F(Φ) dar, die die Schaltfrequenz fsw gemäß einer Ausführungsform als Dreieckfunktion des Phasenwinkels Φ anpasst. Die Schaltfrequenzwellenform 210 stellt eine Phasenfunktion F(Φ) dar, die die Schaltfrequenz fsw gemäß einer weiteren Ausführungsform als Polynomfunktion des Phasenwinkels Φ anpasst. Die Schaltfrequenzwellenform 215 stellt eine Phasenfunktion F(Φ) dar, die die Schaltfrequenz fsw gemäß einer weiteren Ausführungsform als Sinusfunktion des Phasenwinkels Φ anpasst. Die Schaltfrequenzwellenform 220 stellt eine Phasenfunktion F(Φ) dar, die die Schaltfrequenz fsw gemäß einer weiteren Ausführungsform als Sägezahnfunktion des Phasenwinkels Φ anpasst. Die Schaltfrequenzwellenform 225 stellt eine Phasenfunktion F(Φ) dar, die die Schaltfrequenz fsw gemäß einer weiteren Ausführungsform als Dreiecksfunktion des Phasenwinkels Φ anpasst, die maximale und minimale Grenzen der Schaltfrequenz fsw enthält.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wiederholt sich jede der Schaltfrequenzwellenformen 205, 210, 215, 220 und 225 alle 180° des Phasenwinkels Φ aus der Spannungswellenform 200. Die Schaltfrequenzwellenformen 205, 210, 215 und 225 stellen Ausführungsformen der Phasenfunktion F(Φ) dar, die um einen Phasenwinkel Φ von 90° symmetrisch sind, während die Schaltfrequenzwellenform 220 eine Ausführungsform der Phasenfunktion F(Φ) darstellt, die um einen Phasenwinkel Φ von 90° asymmetrisch ist. In verschiedenen weiteren Ausführungsformen können die Phasenfunktionen F(Φ) verschoben sein, um um einen Phasenwinkel Φ von 90° asymmetrisch zu sein. In einigen Ausführungsformen kann sich die Variation der Schaltfrequenz fsw über einen engen Frequenzbereich wie beispielsweise 0 bis 2 kHz oberhalb oder unterhalb der Grundschaltfrequenz bewegen. In anderen Ausführungsformen kann sich die Variation der Schaltfrequenz fsw über einen weiteren Frequenzbereich wie etwa 0 bis 50 kHz oberhalb oder unterhalb der Grundschaltfrequenz bewegen. Obwohl nicht explizit dargestellt können einige Ausführungsformen eine Phasenfunktion F(Φ) umfassen, die die Schaltfrequenz fsw als eine hyperbolische Funktion des Phasenwinkels Φ anpasst. Ferner können zusätzliche Ausführungsformen eine Phasenfunktion F(Φ) umfassen, die die Schaltfrequenz fsw als eine Kombination der verschiedenen hierin beschriebenen Funktionen des Phasenwinkels Φ anpasst. In alternativen Ausführungsformen passt die Phasenfunktion F(Φ) die Schaltfrequenz fsw unter Verwendung anderer Funktionen des Phasenwinkels Φ an.
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In besonderen Ausführungsformen können unterschiedliche Eigenschaften der Phasenfunktion F(Φ), die zum Modulieren der Schaltfrequenz fsw verwendet wird, unterschiedliche Leistungskriterien verbessern. Beispielsweise kann bei einigen spezifischen Ausführungsformen die Verwendung einer Funktion, die um einen Phasenwinkel Φ von 90° asymmetrisch ist, vorteilhafterweise die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) verbessern. In einer weiteren spezifischen Ausführungsform kann die Verwendung einer Funktion, die um einen Phasenwinkel Φ von 90° symmetrisch ist, vorteilhafterweise die Gesamtoberschwingungsverzerrung (THD) verringern. In noch einer weiteren speziellen Ausführungsform kann die Verwendung einer Funktion, die die Schaltfrequenz fsw über einen größeren Frequenzbereich moduliert, Effekte von elektromagnetischen Störungen (EMI) verringern. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Phasenfunktion F(Φ) angewendet werden, um die Schaltfrequenz fsw kontinuierlich zu modulieren. In anderen Ausführungsformen kann die Phasenfunktion F(Φ) angewendet werden, um die Schaltfrequenz fsw unter Verwendung diskreter Schritte zu modulieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz des Wechselstromeingangssignals auch in der Phasenfunktion F(Φ) verwendet werden. Speziell können verschiedene Ausführungsformen die Frequenz des Wechselstromeingangssignals bestimmen und die Phasenfunktion F(Φ) basierend auf der Frequenz anpassen. In bestimmten Ausführungsformen können einige Wechselstromeingangssignalfrequenzen erhebliche THD-Probleme erzeugen und einige Wechselstromeingangssignalfrequenzen können erhebliche Leistungsfaktorprobleme erzeugen. Zum Beispiel verwenden verschiedene Länder auf der Welt derzeit Wechselstromsysteme verschiedener Frequenz, in denen unterschiedliche Probleme verstärkt vorherrschen. Zum Beispiel kann die PFC in den USA relevanter sein, während die THD in Europa relevanter sein kann. In verschiedenen derartigen Ausführungsformen kann die Frequenz des Wechselstromeingangssignals bestimmt werden und die Phasenfunktion F(Φ) kann basierend auf der Frequenz des Wechselstromeingangssignals angepasst werden. Die Phasenfunktion F(Φ) kann speziell die Eingangsfrequenz als Variable in der Funktion enthalten. Bei derartigen Ausführungsformen wird die Schaltfrequenz fsw auf der Grundlage unterschiedlicher Wechselstromeingangssignalfrequenzen unterschiedlich moduliert.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Phasenfunktion F(Φ) synchron oder in Phase mit dem Phasenwinkel Φ. In spezifischen Ausführungsformen wird die Phasenfunktion F(Φ) in Phase mit der Grundfrequenz des Phasenwinkels Φ angewendet, wie es in 4B, 4C, 4D, 4E und 4F dargestellt ist. In weiteren spezifischen Ausführungsformen wird die Phasenfunktion F(Φ) in Phase mit der Grundschwingung des Phasenwinkels Φ angelegt. In noch weiteren spezifischen Ausführungsformen wird die Phasenfunktion F(Φ) in Phase mit der ersten oder einer höheren Oberschwingung des Phasenwinkels Φ angelegt.
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5A und 5B zeigen Wellenformdiagramme einer weiteren Ausführungsform der Schaltleistungsversorgung. Diese Wellenformdiagramme können der Schaltleistungsversorgung 100 oder der Schaltleistungsversorgung 120 entsprechen, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben sind. Die in 5A und 5B dargestellten Wellenformen umfassen Schaltfrequenzwellenformen 230, 235, 240 und 245. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen stellt die Schaltfrequenzwellenform 235 eine kontinuierliche Zielphasenfunktion F(Φ) dar und die Schaltfrequenzwellenform 230 stellt eine diskrete Phasenfunktion F(Φ) dar, die der kontinuierlichen Zielphasenfunktion F(Φ) der Schaltfrequenzwellenform 235 angenähert ist. In solchen Ausführungsformen ist die kontinuierliche Zielphasenfunktion F(Φ) der Schaltfrequenzwellenform 235 eine Dreiecksfunktion des Phasenwinkels Φ und die diskrete Phasenfunktion F(Φ) der Schaltfrequenzwellenform 230 verwendet moderat bemessene Schritte, um die Dreieckfunktion anzunähern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt die Schaltfrequenzwellenform 245 eine kontinuierliche Zielphasenfunktion F(Φ) dar und die Schaltfrequenzwellenform 240 stellt eine diskrete Phasenfunktion F(Φ) dar, die der kontinuierlichen Zielphasenfunktion F(Φ) der Schaltfrequenzwellenform 245 angenähert ist. In dieser Ausführungsform ist die kontinuierliche Zielphasenfunktion F(Φ) der Schaltfrequenzwellenform 245 eine Polynomfunktion des Phasenwinkels Φ und die diskrete Phasenfunktion F(Φ) der Schaltfrequenzwellenform 240 verwendet kleinere Schritte verglichen mit der Schaltfrequenzwellenform 230, um die Polynomfunktion anzunähern.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann irgendeine der oben, beispielsweise unter Bezugnahme auf 3, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F, beschriebenen Phasenfunktionen F(Φ), unter Verwendung von diskreten Schritten implementiert werden, wie in 5A und 5B gezeigt.
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6A und 6B zeigen Wellenformdiagramme aus einer weiteren Ausführungsform der Schaltleistungsversorgung. Diese Wellenformdiagramme können der Schaltleistungsversorgung 100 oder der Schaltleistungsversorgung 120 entsprechen, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält das Wellenformdiagramm von 6A Schaltfrequenzwellenformen 250 und 255, die zwei verschiedenen Betriebsarten entsprechen. Bei derartigen Ausführungsformen arbeitet die Schaltleistungsversorgung in zwei Betriebsarten, der Betriebsart mit diskontinuierlicher Leitung (DCM) und der Quasi-Resonanz-Betriebsart (QRM). In derartigen Ausführungsformen kann die Schaltleistungsversorgung direkt oder indirekt basierend auf bestimmten Bedingungen, z. B. dem Phasenwinkel Φ eines Eingangssignals für die Leistungsversorgung wie beispielsweise dem Wechselstromeingangssignal VAC, das oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, zwischen DCM und QRM umschalten. In anderen Ausführungsformen schaltet die Schaltleistungsversorgung basierend auf einem Überschreiten von Schwellen durch die Schaltfrequenz, die Einschaltdauer oder die primäre Spitzenstromstärke zwischen DCM und QRM um und umgekehrt.
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Während der DCM kann die Schaltleistungsversorgung die Schaltfrequenz gemäß der Phasenfunktion F(Φ) modulieren, wie es oben in Bezug auf die anderen Figuren beschrieben ist. Somit veranschaulicht die Schaltfrequenzwellenform 250 eine Phasenfunktion F(Φ), die die Schaltfrequenz fsw gemäß einer Ausführungsform als Dreiecksfunktion des Phasenwinkels Φ anpasst. Jede der oben unter Bezugnahme auf 3, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 5A und 5B beschriebenen Ausführungsformen von Funktionen kann während der DCM in solchen Ausführungsformen angewendet werden. Bei derartigen Ausführungsformen steuert ein Controller, wie beispielsweise der Controller 110, der Controller 130 oder der Controller 140, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1, 2 und 3 beschrieben sind, den Schalttransistor gemäß einem Schema mit diskontinuierlicher Leitung durch Anpassen des Schalttastgrads, um die Ausgabe der Schaltleistungsversorgung zu steuern. Gleichzeitig moduliert der Controller auch die Schaltfrequenz fsw gemäß der Phasenfunktion F(Φ).
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Während der QRM wird die Schaltleistungsversorgung gemäß einem quasiresonanten Schema geschaltet, um die Effizienz zu verbessern. Quasi-resonantes Schalten ist ein spezieller Fall der Betriebsart mit diskontinuierlicher Leitung (DCM), bei dem der Schalter bei oder nahe einer Talzeit der Oszillation der Transformatorspannung während der Aus-Phase des Schalters eingeschaltet wird. Bei derartigen Ausführungsformen kann der Controller während des QRM die Modulation der Schaltfrequenz fsw gemäß der Phasenfunktion F(Φ) unterbrechen und stattdessen das Schalten gemäß dem quasi-resonanten Schema steuern. In derartigen Ausführungsformen kann die Steuerung den Schalttransistor steuern, dass er in einem Spannungstal nach dem Schalten gemäß dem quasi-resonanten Schema eingeschaltet wird. Somit stellt die Schaltfrequenzwellenform 255 eine Ausführungsform der Schaltfrequenzmodulationsfunktion für die Anwendung während der QRM dar und Schaltfrequenzwellenform 250 stellt eine Schaltungsfrequenzmodulationsfunktion für die Anwendung während der DCM dar. Fachleute werden die Anwendung von QRM und DCM mit verschiedenen Schaltleistungsversorgungen gemäß Anwendungen von verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen leicht erkennen.
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Gemäß einem alternativen Ansatz wird die Schaltfrequenz fsw während der DCM auf einer festen Frequenz gehalten, wie es durch eine Schaltfrequenzwellenform 260 in 6B dargestellt ist. Die Schaltleistungsversorgung wird während der QRM gemäß dem quasi-resonanten Schema betrieben, was dem Anlegen der Schaltfrequenzwellenform 265 entspricht, um die Schaltfrequenz fsw zu steuern.
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7 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines Controllers 160 für eine Schaltleistungsversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Controller 160 eine weitere Ausführungsform der Implementierung des Controllers 130 oder eines Teils des Controllers 130 in der Schaltleistungsversorgung 120, wie sie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. In derartigen Ausführungsformen umfasst der Controller 160 eine digitale Signalverarbeitungsschaltung (DSP-Schaltung) 162, eine Zeitgeberschaltung 164, eine Leitungssynchronisationsschaltung 166, eine Zeitgeber-Neustart-Logik 168, einen Nulldurchgangszähler 170, einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 172 und einen ADC 174. Die Zeitgeberschaltung 164 erzeugt das Schaltsignal SW und liefert es an den Gateansteuerausgangspin GD. In solchen Ausführungsformen kann eine Ansteuerschaltung wie beispielsweise die Ansteuerschaltung 152, wie sie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, zwischen der Zeitgeberschaltung 164 und dem Gateansteuerausgangspin GD enthalten sein. In verschiedenen Ausführungsformen können der ADC 172 und der ADC 174 zu einem einzigen ADC kombiniert sein. In solchen Ausführungsformen kann der einzelne ADC zum Beispiel durch Multiplexen der Eingaben von dem Stromstärkeerfassungspin CS und dem Nulldurchgangsdetektionspin ZCD in dem einzelnen ADC gemeinsam genutzt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugt die Zeitgeberschaltung 164 das Schaltsignal SW durch iteratives Aktualisieren einer maximalen Einschaltzeit t_on_max, einer minimalen Schaltperiode T_sw_min und einer maximalen Schaltperiode T_sw_max. In solchen Ausführungsformen empfängt die Zeitgeberschaltung 164 Zeitgebersteuersignale T1, T2 und T3 von der DSP-Schaltung 162, die verwendet werden, um die maximale Einschaltzeit t_on_max, die minimale Schaltperiode T_sw_min und die maximale Schaltperiode T_sw_max jeweils iterativ zu aktualisieren. Die Zeitgeberschaltung 164 umfasst eine Zeitgeber- und eine Komparatorschaltung zum Erzeugen einer Zeitvorgabe und zum Vergleichen der erzeugten Zeitvorgabe mit der maximalen Einschaltzeit t_on_max, der minimalen Schaltperiode T_sw_min und der maximalen Schaltperiode T_sw_max. In einigen Ausführungsformen umfasst die Zeitgeberschaltung 164 drei getrennte Komparatoren. In anderen Ausführungsformen umfasst die Zeitgeberschaltung 164 einen einzigen Komparator, der Multiplexen verwendet, um drei Vergleiche durchzuführen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen arbeitet der Controller 160 in zwei Betriebsarten, QRM und DCM, wie dies oben in Bezug auf 6A ähnlich beschrieben ist. Die DSP-Schaltung 162 aktualisiert die maximale Einschaltzeit t_on_max, die minimale Schaltperiode T_sw_min oder die maximale Schaltperiode T_sw_max auf der Grundlage der Betriebsart und gemäß zwei primären Betrachtungen: (1) Steuerung der Ausgangsleistung P_out, Ausgangsstromstärke I_out oder Ausgangsspannung V_out (z. B. Versorgungsspannung VSUP) und (2) Modulation der Schaltfrequenz fsw.
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Während der DCM passt die DSP-Schaltung 162 die minimale Schaltperiode T_sw_min an, um die Ausgangsleistung P_out zu steuern, die an eine von der Schaltleistungsversorgung versorgte Last (nicht gezeigt, siehe 1) geliefert wird. In solchen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 das Zeitgebersteuersignal T2 basierend auf einer Funktion der Schaltstromstärke ISW, die von dem Stromstärkeerfassungspin CS empfangen wird, (der durch den ADC 174 an die DSP-Schaltung 162 geliefert wird) und einer Zielschaltstromstärke anpassen. In anderen Ausführungsformen können andere Maße der Ausgangsleistung P_out der DSP-Schaltung 162 verwendet werden, um das Zeitgebersteuersignal T2 zum Regeln der Ausgangsleistung P_out während der DCM unter Verwendung der minimalen Schaltperiode T_sw_min anzupassen. In solchen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 während der DCM die maximale Einschaltzeit t_on_max konstant halten.
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Während der QRM passt die DSP-Schaltung 162 die maximale Einschaltzeit t_on_max an, um die an die Last (nicht gezeigt, siehe 1) gelieferte Ausgangsleistung P_out zu steuern. In solchen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 das Zeitgebersteuersignal T1 auf der Grundlage einer Funktion der Schaltstromstärke ISW, die von dem Stromstärkeerfassungspin CS empfangen wird, und einer Zielschaltstromstärke anpassen. In anderen Ausführungsformen können andere Maße der Ausgangsleistung P_out von der DSP-Schaltung 162 verwendet werden, um das Zeitgebersteuersignal T1 zum Regeln der Ausgangsleistung P_out während der QRM unter Verwendung der maximalen Einschaltzeit t_on_max anzupassen. In solchen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 während der QRM eine minimale Schaltperiode T_sw_min konstant halten. Sowohl in der QRM als auch in der DCM kann die DSP-Schaltung 162 die maximale Schaltperiode T_sw_max konstant halten. In verschiedenen Ausführungsformen wird die maximale Schaltperiode T_sw_max (die der minimalen Schaltfrequenz entspricht) angepasst, um den Betrieb oberhalb eines nicht erwünschten Frequenzbereichs zu halten, um beispielsweise hörbare Geräusche zu vermeiden. Bei derartigen Ausführungsformen sollte die minimale Schaltfrequenz (die der maximalen Schaltperiode T_sw_max entspricht) beispielsweise über 18 kHz liegen, um hörbare Geräusche zu vermeiden.
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In verschiedenen Ausführungsformen addiert die DSP-Schaltung 162 während der DCM einen Versatz zu der minimalen Schaltperiode T_sw_min, um die Schaltfrequenz fsw zu modulieren. In solchen Ausführungsformen ist der zu der minimalen Schaltperiode T_sw_min addierte Versatz eine Funktion des Phasenwinkels Φ. In weiteren Ausführungsformen ist der zu der minimalen Schaltperiode T_sw_min addierte Versatz auch eine Funktion der Wechselstromeingangsfrequenz. Die als Versatz für die minimale Schaltperiode T_sw_min verwendete Phasenfunktion F(Φ) kann irgendeine der oben in Bezug auf die anderen Figuren wie z. B. 3, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F beschriebenen Funktionen für die Phasenfunktion F(Φ) umfassen. Unter Verwendung der Phasenfunktion F(Φ) addiert die DSP-Schaltung 162 den Versatz zu der minimalen Schaltperiode T_sw_min, um die Modulation der Schaltfrequenz fsw während der DCM zu implementieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen bestimmt die Leitungssynchronisationsschaltung 166 den Phasenwinkel Φ auf der Grundlage des von dem Spannungseingangspin HV empfangenen gleichgerichteten Signals VRS und liefert den Phasenwinkel Φ an die DSP-Schaltung 162. Die Leitungssynchronisationsschaltung 166 kann zudem die Wechselstromeingangsfrequenz auf der Basis des gleichgerichteten Signals VRS bestimmen. Wie oben beschrieben kann der Phasenwinkel Φ im Bereich von 0° bis 180° liegen, wobei die Phasenfunktion F(Φ) jeden 180°-Zyklus wiederholt. In einigen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 basierend auf dem Phasenwinkel Φ Werte für die Phasenfunktion F(Φ) direkt berechnen. In anderen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 eine Nachschlagetabelle (LUT) verwenden, um basierend auf dem Phasenwinkel Φ Werte der Phasenfunktion F(Φ) abzurufen. Die LUT kann in der DSP-Schaltung 162 enthalten sein oder kann eine zusätzliche Komponente (nicht gezeigt) sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugt die Zeitgeberschaltung 164 das Schaltsignal SW als pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) unter Verwendung der maximalen Einschaltzeit t_on_max, der minimalen Schaltperiode T_sw_min oder der maximalen Schaltperiode T_sw_max, die iterativ auf der Grundlage der Betriebsart (DCM oder QRM) des Controllers 160 aktualisiert werden. In solchen Ausführungsformen arbeitet die Zeitgeberschaltung 164 mit der Zeitgeber-Neustart-Logik 168, um die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit des Schaltsignals SW gemäß der folgenden Beschreibung zu steuern. Die Zeitgeberschaltung 164 aktiviert das Schaltsignal SW (schaltet es ein) bei einem Neustart eines jeweiligen Schaltzyklus, der durch das Zeitgeber-Rücksetzsignal TRST von der Zeitgeber-Neustart-Logik 168 ausgelöst wird. Nach dem Etablieren des Schaltsignals SW deaktiviert die Zeitgeberschaltung 164 das Schaltsignal SW ab (d. h. schaltet es aus), wenn die maximale Einschaltzeit t_on_max überschritten wird. In einigen Ausführungsformen kann die Zeitgeberschaltung 164 auch das Schaltsignal SW deaktivieren, wenn eine maximale Spitzenstromstärke überschritten wird. Der Schutz vor Überstrom oder die Spitzenstromstärkenregelung kann in der Schaltleistungsversorgung durchgeführt werden, wobei zusätzliche Komponenten verwendet werden, die Fachleuten bekannt sind und hier aus Gründen der Prägnanz nicht weiter beschrieben sind.
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In verschiedenen Ausführungsformen fährt die Zeitgeberschaltung 164 fort, den Zeitgeber zu inkrementieren, bis ein Neustart des Schaltzyklus durch das Zeitgeber-Rücksetzsignal TRST eingeleitet wird. Die Zeitgeber-Neustart-Logik 168 erzeugt das Zeitgeber-Rücksetzsignal TRST, um den Schaltzyklus auf der Grundlage des Nulldurchgangssignals ZCS, des Vergleichs mit der minimalen Schaltperiode MINC und des Vergleichs mit der maximalen Schaltperiode MAXC neu zu starten. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Rückkopplungsspannung VFB aus dem Nulldurchgangsdetektionspin ZCD einige Schwingungen aufweisen, wobei Spannungsspitzen (lokale Maxima) und Spannungstäler (lokale Minima) nach jedem Vorgang des Schaltens auftreten. Der Nulldurchgangszähler 170 erzeugt das Nulldurchgangssignal ZCS, um das Auftreten von Spannungstälern anzugeben. Die QRM umfasst das Schalten bei oder nahe einem Zielspannungstal. In verschiedenen Ausführungsformen können Schaltleistungsversorgungen mit einem Zieltal arbeiten, das abhängig von dem Steuerschema, das von verschiedenen Schaltleistungsversorgungen verwendet wird, das erste Spannungstal, das zweite Spannungstal, das dritte Spannungstal und so weiter ist.
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Bei derartigen Ausführungsformen wird die Zeitgeber-Neustart-Logik 168 dann, wenn das Zieltal, wie es durch das Nulldurchgangssignal ZCS angegeben ist, vor der minimalen Schaltperiode T_sw_min, wie sie durch den Vergleich mit der minimalen Schaltperiode MINC angegeben ist, auftritt, einen Neustart des Schaltzyklus einleiten, sobald die minimale Schaltperiode ein T_sw_min erreicht ist. Solche Ausführungsformen können dem Betrieb in der DCM entsprechen. Umgekehrt wird die Zeitgeber-Neustart-Logik 168 dann, wenn das Zieltal nach der minimalen Schaltperiode T_sw_min auftritt, einen Neustart des Schaltzyklus einleiten, sobald das Zieltal erreicht ist. Solche Ausführungsformen können dem Betrieb in der QRM entsprechen.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird die Zeitgeber-Neustart-Logik 168, in entweder der QRM oder der DCM, dann, wenn das Zieltal nicht vor der maximalen Schaltperiode T_sw_max auftritt, wie es durch den Vergleich mit der maximalen Schaltperiode MAXC angegeben wird, einen Neustart des Schaltzyklus einleiten, sobald eine maximale Schaltperiode T_sw_max erreicht ist. Bei derartigen Ausführungsformen ist die Schaltfrequenz fsw auf ein Minimum begrenzt, das der maximalen Schaltperiode T_sw_max entspricht. In verschiedenen Ausführungsformen kann die DSP-Schaltung 162 die maximale Einschaltzeit t_on_max, die minimale Schaltperiode T_sw_min oder die maximale Schaltperiode T_sw_max unter Verwendung der Zeitgebersteuersignale T1, T2 und T3 auf der Grundlage der Rückkopplungsspannung VFB (empfangen durch den ADC 172), der Schaltstromstärke ISW und des Phasenwinkels Φ steuern und aktualisieren.
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8 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Schaltleistungsversorgung 121, die eine Implementierung der Schaltleistungsversorgung 120 sein kann, wie sie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. In solchen Ausführungsformen ist der Controller 130 mit einem Steuersystem 180 implementiert, das eine Leitungssynchronisationsschaltung 186, eine DSP-Schaltung 182, eine PWM-Schaltung 184, eine Nulldurchgangsdetektionsschaltung 188 und eine Stromstärkeerfassungsschaltung 190 umfasst. In solchen Ausführungsformen kann das Steuersystem 180 diskrete Komponenten für jeweils die Leitungssynchronisationsschaltung 186, die DSP-Schaltung 182, die PWM-Schaltung 184, die Nulldurchgangsdetektionsschaltung 188 und eine Stromstärkeerfassungsschaltung 190 umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Steuersystem 180 eine integrierte Schaltung umfassen, die jeweils die Leitungssynchronisationsschaltung 186, die DSP-Schaltung 182, die PWM-Schaltung 184, die Nulldurchgangsdetektionsschaltung 188 und die Stromstärkeerfassungsschaltung 190 umfasst, die in denselben Halbleiterchip integriert sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem 180 irgendwelche der oben in Bezug auf den Controller 140 oder den Controller 160 in 3 bzw. 7 beschriebenen Funktionen implementieren.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer Schaltschaltung gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 300 umfasst die Schritte 305, 310 und 315. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 305 ein Bestimmen eines Phasenwinkels eines Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS. Das Eingangssignal weist eine Wechseleingangsspannung auf und kann aus einem vom Netz versorgten Netzstecker empfangen werden. In solchen Ausführungsformen kann das Wechselstromleitungseingangssignal einen Phasenwinkel im Bereich von 0° bis 360° aufweisen. In besonderen Ausführungsformen kann das Wechselstromleitungseingangssignal gleichgerichtet werden und dementsprechend kann sich der Phasenwinkel von 0° bis 180° bewegen.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 310 ein Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Steuersignals. In solchen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des pulsweitenmodulierten Steuersignals ein Modulieren der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals auf der Grundlage des in Schritt 305 bestimmten Phasenwinkels. In einigen Ausführungsformen wird der Phasenwinkel als eine Funktionsvariable verwendet, um einen Frequenzmodulationswert als Funktion des Phasenwinkels berechnen. In verschiedenen spezifischen Ausführungsformen kann die Funktion des Phasenwinkels zahlreiche Funktionstypen umfassen, wie sie oben unter Bezugnahme auf die anderen Figuren wie 4B, 4C, 4D, 4E und 4F beschrieben sind. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Frequenzmodulation synchron oder in Phase mit des Wechselstromleitungseingangssignals angewendet. In bestimmten Ausführungsformen wird die Frequenzmodulation in Phase mit der Grundfrequenz des Wechselstromleitungseingangssignals angewendet. In anderen spezifischen Ausführungsformen wird die Frequenzmodulation in Phase mit der ersten Oberschwingung angewendet. In noch weiteren spezifischen Ausführungsformen wird die Frequenzmodulation in Phase mit der zweiten oder höheren Oberschwingungen des Wechselstromleitungseingangssignals angewendet.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt 315 ein Ansteuern eines Schalters der SMPS unter Verwendung des pulsweitenmodulierten Steuersignals von Schritt 310. Das pulsweitenmodulierte Steuersignal steuert den Schalter, der seinerseits ein Ausgangssignal des Signals der SMPS erzeugt und regelt, um eine Last zu versorgen. In solchen Ausführungsformen kann der Tastgrad oder die durchschnittliche Schaltfrequenz des Schaltens gesteuert werden, um das Versorgungssignal, z. B. die Spannung an dem Ausgang der SMPS, zu regeln. Durch Anpassen des Tastgrades oder der durchschnittlichen Schaltfrequenz des Schaltens, z. B. basierend auf Rückkopplungssignalen, kann das Versorgungssignal an dem Ausgang der SMPS auf eine spezifische Ausgangsspannung, Ausgangsstromstärke oder Ausgangsleistung geregelt werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen können zusätzliche Schritte in das Verfahren 300 aufgenommen sein. Weiterhin können in alternativen Ausführungsformen Schritt 305, Schritt 310 und Schritt 315 in einer anderen Reihenfolge als hierin beschrieben durchgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Schaltleistungsversorgung (SMPS) einen Controller, der eine Messschaltung und einen Pulsweitenmodulator mit einem Ausgang, der so dazu ausgebildet ist, mit einem Steuerknoten eines Schalters der SMPS gekoppelt zu sein, umfasst. Die Messschaltung ist dazu ausgebildet, einen Phasenwinkel eines Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS zu bestimmen und eine Frequenz eines Steuersignals an dem Ausgang des Pulsweitenmodulators auf der Grundlage des Phasenwinkels zu modulieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die Messschaltung ferner dazu ausgebildet, eine Wechselstromfrequenz des Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS zu bestimmen und die Frequenz des Steuersignals an dem Ausgang des Pulsweitenmodulators auf der Grundlage der Wechselstromfrequenz des Wechselstromleitungseingangssignals zu modulieren. In einigen Ausführungsformen umfasst die SMPS ferner einen Gleichrichter, der zwischen den Wechselstromleitungseingang und einen Eingang der Messschaltung gekoppelt ist. Der Phasenwinkel eines Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS kann auf der Grundlage einer Stromstärke oder einer Spannung aus einer Transformatorwicklung in der SMPS bestimmt werden. In weiteren Ausführungsformen wird der Phasenwinkel eines Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS auf der Grundlage einer Messung einer Spannung des Wechselstromleitungseingangssignals durch eine zwischen den Wechselstromleitungseingang und einen Eingang der Messschaltung gekoppelte Widerstandsschaltung bestimmt.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist der Controller auf einer integrierten Schaltung angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist der Controller ferner dazu ausgebildet, die Frequenz des Steuersignals basierend auf einer Funktion des Phasenwinkels zu modulieren. In solchen Ausführungsformen kann die Funktion des Phasenwinkels auch eine Funktion einer Wechselstromfrequenz des Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS sein. In weiteren Ausführungsformen wiederholt sich die Funktion des Phasenwinkels alle 180° des Phasenwinkels.
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In besonderen Ausführungsformen ist die Funktion des Phasenwinkels eine Sägezahnfunktion. In anderen Ausführungsformen ist die Funktion des Phasenwinkels eine Polynomfunktion. In weiteren Ausführungsformen ist die Funktion des Phasenwinkels eine lineare Funktion. In einigen Ausführungsformen ist die Funktion des Phasenwinkels eine hyperbolische Funktion. In weiteren Ausführungsformen ist die Funktion des Phasenwinkels eine Sinusfunktion. In noch weiteren Ausführungsformen ist die Funktion des Phasenwinkels eine digitale Funktion, die die Frequenz des Steuersignals gemäß diskreten Frequenzschritten moduliert. In noch weiteren Ausführungsformen enthält die Funktion des Phasenwinkels eine minimale Grenze und eine maximale Grenze für die Frequenz des Steuersignals.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die SMPS ferner den Schalter. Bei derartigen Ausführungsformen umfasst die SMPS ferner einen Gleichrichter, der zwischen den Wechselstromleitungseingang und den Schalter gekoppelt ist, und ein induktives Element, das mit dem Schalter gekoppelt ist. In weiteren Ausführungsformen ist der Controller dazu ausgebildet, in einer ersten Betriebsart und in einer zweiten Betriebsart zu arbeiten. Bei derartigen Ausführungsformen moduliert der Controller in der ersten Betriebsart die Frequenz des Steuersignals auf der Grundlage einer Funktion des Phasenwinkels und in der zweiten Betriebsart erzeugt der Controller das Steuersignal gemäß einer Quasi-Resonanz-Betriebsart.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltleistungsversorgung (SMPS) ein Bestimmen eines Phasenwinkels eines Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS, ein Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Steuersignals und ein Ansteuern eines Schalters der SMPS mit dem pulsweitenmodulierten Steuersignal. Das Erzeugen des pulsweitenmodulierten Steuersignals umfasst ein Modulieren einer Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals auf der Grundlage des Phasenwinkels.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen einer Wechselstromfrequenz des Wechselstromleitungseingangssignals der SMPS und ein Modulieren der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals auf der Basis der Wechselstromfrequenz. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Gleichrichten des Wechselstromleitungseingangssignals vor dem Bestimmen des Phasenwinkels.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Modulieren der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals ein Modulieren der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals auf der Grundlage einer Funktion des Phasenwinkels. In solchen Ausführungsformen wiederholt sich die Funktion des Phasenwinkels alle 180° des Phasenwinkels. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Funktion des Phasenwinkels eine oder mehrere Funktionen aus einer Liste, die aus einer Sägezahnfunktion, einer Polynomfunktion, einer linearen Funktion, einer hyperbolischen Funktion, einer Sinusfunktion und einer digitalen Funktion, die die Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals gemäß diskreten Frequenzschritten moduliert, besteht. In weiteren Ausführungsformen enthält die Funktion des Phasenwinkels eine minimale Grenze und eine maximale Grenze für die Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Modulieren der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals ein Anpassen der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals gemäß einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart. In solchen Ausführungsformen umfasst die erste Betriebsart ein Modulieren der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals auf der Grundlage einer Funktion des Phasenwinkels und in solchen Ausführungsformen umfasst die zweite Betriebsart ein Anpassen der Frequenz und des Tastgrades des pulsweitenmodulierten Steuersignals gemäß einer Quasi-Resonanz-Betriebsart.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Schaltleistungsversorgung (SMPS) eine integrierte Controllerschaltung (Controller-IC), die eine Phasenmessschaltung, die mit einem gleichgerichteten Eingangsanschluss der Controller-IC verbunden ist, einen Pulsweitenmodulator mit einem Ausgang, der dazu ausgebildet ist, mit einem Steueranschluss eines Schalttransistors gekoppelt zu sein, und eine digitale Steuerschaltung mit einem Eingang, der mit der Phasenmessschaltung gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit dem Pulsweitenmodulator gekoppelt ist. Die digitale Steuerschaltung ist dazu ausgebildet, eine Frequenz eines an dem Ausgang des Pulsweitenmodulators erzeugten Gateansteuersignals auf der Grundlage einer Phasenmessung durch die Phasenmessschaltung zu modulieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die digitale Steuerschaltung ferner dazu ausgebildet, die Frequenz des Gateansteuersignals, das an dem Ausgang des Pulsweitenmodulators erzeugt wird, basierend auf einer Wechselstromfrequenz des gleichgerichteten Eingangsanschlusses der Controller-IC, die durch die Phasenmessschaltung bestimmt wird, zu modulieren. In solchen Ausführungsformen ist der Ausgang des Pulsweitenmodulators mit einem Gateansteueranschluss der Controller-IC gekoppelt. In weiteren Ausführungsformen umfasst die SMPS ferner den Schalttransistor, bei dem der Steueranschluss mit dem Gateansteueranschluss gekoppelt ist. Die SMPS kann ferner einen Gleichrichter, der zwischen einen Wechselstromleitungseingang und den gleichgerichteten Eingangsanschluss der Controller-IC gekoppelt ist, und ein induktives Element, das mit dem Schalttransistor gekoppelt ist, umfassen. In weiteren Ausführungsformen umfasst die SMPS ferner mehrere in Reihe geschaltete LEDs, die mit dem induktiven Element gekoppelt sind.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die digitale Steuerschaltung dazu ausgebildet, die Frequenz des Gateansteuersignals auf der Grundlage einer Funktion der Phasenmessung zu modulieren, wobei die Funktion der Phasenmessung eine oder mehrere Funktionen aus einer Liste umfasst, die eine Sägezahnfunktion, eine Polynomfunktion, eine lineare Funktion, eine hyperbolische Funktion, eine Sinusfunktion und eine digitale Funktion, die die Frequenz des Gateansteuersignals gemäß diskreten Frequenzschritten moduliert, enthält. In einigen Ausführungsformen umfasst das Modulieren der Frequenz des Gateansteuersignals ein Anpassen des Gateansteuersignals gemäß einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart. In solchen Ausführungsformen umfasst die erste Betriebsart ein Modulieren der Frequenz des Gateansteuersignals gemäß einer Funktion der Phasenmessung, und in solchen Ausführungsformen umfasst die zweite Betriebsart ein Anpassen des Gateansteuersignals gemäß einer Quasi-Resonanz-Betriebsart.
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Verschiedene Ausführungsformen von hierin beschriebenen Schaltleistungsversorgungen oder Schaltwandlern, die eine Modulation der Schaltfrequenz gemäß Ausführungsformen einschließen, können vorteilhafterweise eine reduzierte THD, eine reduzierte Energie pro Oberschwingungsfrequenz und reduzierte EMI umfassen. Bei Ausführungsform von Schaltleistungsversorgungen zur Versorgung von Beleuchtungsanwendungen, wie z. B. bei LEDs, kann die Lichtqualität verbessert werden, beispielsweise durch Verringern des Flimmerns. In einigen besonderen Ausführungsformen kann das Modulieren der Schaltfrequenz einer Ausführungsform einer Schaltleistungsversorgung unter Verwendung einer asymmetrischen Funktion des Phasenwinkels vorteilhafterweise die PFC verbessern. In weiteren besonderen Ausführungsformen kann das Modulieren der Schaltfrequenz einer Ausführungsform einer Schaltleistungsversorgung unter Verwendung einer symmetrischen Funktion des Phasenwinkels vorteilhafterweise die THD reduzieren. In weiteren besonderen Ausführungsformen kann das Modulieren der Schaltfrequenz einer Ausführungsform einer Schaltleistungsversorgung über einen größeren Frequenzbereich vorteilhaft die EMI reduzieren.
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Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne ausgebildet werden. Verschiedene Abwandlungen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie anderer Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute auf dem Gebiet bei Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche jegliche derartigen Abwandlungen oder Ausführungsformen einschließt.
