DE102017221668A1 - Controller für Mehrfachausgangs-Einzelmagnetkomponenten-Wandler mit unabhängiger Regelung von Konstantstrom- und Konstantspannungsausgängen - Google Patents

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Antonius Jacobus Johannes Werner
Matthew David Waterson
Yuncong Jiang
Roland Sylvere Saint-Pierre
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Abstract

Ein Leistungswandler weist eine Primärwicklung und mehrere Ausgangswicklungen auf zum Bereitstellen mehrerer unabhängig gesteuerter und geregelter Ausgänge mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung. Die Ausgänge sind mit unabhängig geregelten Konstantstrom-, Konstantspannungs- oder sowohl Konstantstrom- als auch Konstantspannungsausgängen gekoppelt. Ein Sekundär-Steuerblock ist so gekoppelt, dass er einen Synchron-Gleichrichterschalter, der mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung gekoppelt ist, steuert, um ein Schalten mit einem primärseitigen Leistungsschalter zu synchronisieren, um ein komplementäres Leiten der Primärwicklung und der mehreren Ausgangswicklungen zu bieten. Eine Vielzahl von gesteuerten Leistungsimpulsschaltern ist mit den mehreren Ausgangswicklungen gekoppelt. Eine Anforderung eines Leistungsimpulses aus jedem der Ausgänge wird durch den Sekundär-Block zu einem Primärschalter-Steuerblock übertragen, um den primärseitigen Leistungsschalter zum Übertragen eines Leistungsimpulses zu den mehreren Ausgangswicklungen und durch die gesteuerten Leistungsimpulsschalter zu den Ausgängen einzuschalten.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Nutznießung der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/428,962 , eingereicht am 1. Dezember 2016, deren Inhalt hier durch Verweis einbezogen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung betrifft generell Schaltmodus-Leistungsversorgungen, und insbesondere betrifft die Erfindung Mehrfachausgangs-Wandler mit geregelten Konstantstrom- und Konstantspannungsausgängen, die elektronische Schaltungen mit Leistung versorgen.
  • HINTERGRUND
  • Leistungswandler mit einer mehrere Ausgänge und Konstantstrom(constant current - CC) und/oder Konstantspannungs(constant voltage - CV)-Steuerung finden Interesse und weitverbreitete Anwendung aufgrund ihrer Vorteile hinsichtlich Kosten, Volumen und Effizienz bei Anwendungen, bei denen verschiedene Pegel von den geregelten Ausgangsspannungen im CV-Modus sowie der gesteuerte geregelte Strom im CC-Modus erforderlich sind. Die mehreren Ausgänge werden über mehrere Lasten angewendet und auf der Basis der Nachfrage jeder gesteuerten und geregelten Ausgangslast unabhängig voneinander gesteuert.
  • Bei den meisten Mehrfachausgangs-Wandlern, die bisher entwickelt worden sind, kann nur ein Ausgang streng geregelt werden. Sie können mehrere Sekundärwicklungen und Magnetkomponenten benötigen, um unabhängig geregelt zu werden, wodurch sich die Kosten und die Größe des Leistungswandlers erhöhen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die nicht als Einschränkung verstanden werden dürfen und nicht allumfassend sind, werden mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchgängig in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, sofern nichts anderes spezifiziert ist.
    • 1 zeigt eine allgemeine Struktur und Schaltungsblöcke eines beispielhaften Leistungswandlers mit einer einzelnen Magnetkomponente und mehreren Ausgängen, die bei einem Beispiel mit unabhängig geregelten Konstantstrom- und Konstantspannungslasten gekoppelt sein können.
    • 2A, 2B, 2C zeigen das sequenzielle Verwalten eines Primär- und Sekundärschaltens zum Übertragen von Impulsen von Primär- zu Sekundärausgängen auf der Basis ihrer Nachfrage.
    • 3 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Mehrfachausgangs-Leistungswandlers mit einem einzelnen Magneten und einer unabhängigen Regelung von CV-/CC-Ausgängen.
    • 4 zeigt interne Blöcke des Mehrfachausgangs-Steuerblocks für eine unabhängige Regelung von CV-/CC-Ausgängen und eine Stromaufteilung in mehreren LED-Ketten an dem CC-Ausgang.
    • 5 ist eine beispielhafte Schaltung für eine Stromaufteilung und eine Steuerung von mehreren LED-Ketten an dem CC-Ausgang.
    • 6 zeigt phasenverschobene PWM-Impulse für ein verteiltes (phasenverschobenes) Dimmen in mehreren LED-Ketten in einem Konstantstrom-CC-Ausgang eines Leistungswandlers mit einer unabhängigen Mehrfachausgangs-CC-/CV-Steuerung.
    • 7 zeigt einige Signalwellenformen für einen CC-Ausgang, der mit LED-Ketten belastet ist, in einem Leistungswandler mit unabhängig gesteuertem (gesteuerter) Mehrfachausgangs-CC/CV.
    • 8A und 8B sind Aus-Zeit-Variationen (8A) und die dazugehörigen Zustandsänderungen (8B) in einem Leistungswandler mit einer unabhängigen Mehrfachausgangs-CC/CV-Steuerung gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 9 ist ein Ablaufdiagramm, das die Zustandsänderungen auf der Basis eines Steuerprozesses gemäß Beispielen, die in 8A und 8B gezeigt sind und auf einer Lastbedingung in einem Leistungswandler mit einer unabhängigen Mehrfachausgangs-CC/CV-Steuerung basieren, zusammenfasst, gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 10 stellt ein Ablaufdiagramm dar, das einen weiteren beispielhaften Prozess zusammenfasst, der für Zustandsänderungen auf der Basis der Laständerung in einem Leistungswandler mit einer unabhängigen Mehrfachausgangs-CC/CV-Steuerung verwendet werden kann, bei noch einer weiteren Ausführungsform gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
  • Entsprechende Bezugszeichen zeigen durchgängig in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen entsprechende Komponenten an. Fachleute erkennen, dass Elemente in den Figuren einfach und klar dargestellt sind und nicht notwendigerweise maßstabgetreu gezeichnet sind. Zum Beispiel können die Abmessungen einiger der Elemente in den Figuren relativ zu anderen Elementen übertrieben dargestellt sein, um das Verständnis verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessern zu helfen. Auch sind übliche, jedoch hinlänglich bekannte Elemente, die bei einer handelsüblichen praktikablen Ausführungsform sinnvoll oder notwendig sind, häufig nicht gezeigt, um eine weniger verstellte Sicht bei diesen verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bieten.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Beschreibung sind spezifische Details dargelegt, wie z. B. Vorrichtungstypen, Spannungen, Komponentenwerte, Schaltungen etc., um ein gründliches Verständnis der beschriebenen Ausführungsformen zu bieten. Durchschnittsfachleute auf dem relevanten Sachgebiet erkennen jedoch, dass diese spezifischen Details zum Umsetzen der beschriebenen Ausführungsformen in die Praxis nicht erforderlich sein können. Es sei ferner daraufhingewiesen, dass bekannte Schaltungsstrukturen und -elemente nicht detailliert beschrieben worden sind oder in Form eines Blockschaltbilds gezeigt sind, um ein Verkomplizieren der beschriebenen Ausführungsformen zu vermeiden.
  • Eine Bezugnahme durchgängig in dieser Patentschrift auf „nur eine Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „nur ein Beispiel“ oder „ein Beispiel“ bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform oder dem Beispiel beschrieben wird, bei mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit bezieht sich das Auftreten der Ausdrücke „bei nur einer Ausführungsform“, „bei einer Ausführungsform“, „nur ein Beispiel“ oder „ein Beispiel“ an verschiedenen Stellen durchgängig in dieser Patentschrift nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform oder dasselbe Beispiel. Ferner können bei einer oder mehreren Ausführungsformen oder Beispielen die speziellen Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken in jeder geeigneten Kombination und/oder Unterkombination kombiniert werden. Spezielle Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken können in einer integrierten Schaltung, einer elektronischen Schaltung, einer kombinatorischen logischen Schaltung oder anderen geeigneten Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bieten, enthalten sein. Des Weiteren sei daraufhingewiesen, dass die hier dargelegten Figuren nur zu Erläuterungszwecken gegenüber Durchschnittsfachleuten auf Sachgebiet dienen.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung führt dann, wenn sich ein Transistor in einem „Aus-Zustand“ befindet oder „aus“ ist, der Transistor im Wesentlichen keinen Strom. Im Gegensatz dazu ist dann, wenn sich ein Transistor in einem „Ein“-Zustand befindet oder „ein“ ist, der Transistor in der Lage, im Wesentlichen Strom zu führen. Beispielhaft umfasst bei einer Ausführungsform ein Hochspannungstransistor einen N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (NMOS), wobei die Hochspannung zwischen dem ersten Anschluss, einem Drain, und dem zweiten Anschluss, einer Source, gehalten wird. Der Hochspannungs-MOSFET umfasst einen Leistungsschalter, der von einer integrierten Controllerschaltung angesteuert wird, um eine Energie zu regeln, die für eine Last bereitgestellt wird. Zum Zweck dieser Offenlegung bezieht sich „Masse“ oder „Massepotenzial“ auf eine Referenzspannung oder ein Referenzpotenzial anhand derer alle anderen Spannungen oder Potenziale einer elektronischen Schaltung oder integrierten Schaltung (integrated circuit - IC) definiert oder gemessen werden.
  • Es wird ein Mehrfachausgang mit einem sekundärseitigen Konstantstrom-(CC-) und Konstantspannungs- (CV-) Controller für Anwendungen bei elektronischen Geräten offengelegt. Er integriert unabhängige CC-/CV-Regelungen, wobei CV-Ausgänge Präzisions-Referenzspannungen aufweisen und CC-Ausgänge einen einstellbaren Laststrom aufweisen können. Bei einer beispielhaften Anwendung kann der CC-Ausgang für dimmbare LED-Ketten (z. B. Arrays) eines Monitorschirms (z. B. einer TV-Monitorvorrichtung mit LED-Ketten und einem einstellbaren Dimmstrom) verwendet werden. Steuerschleifen in dem Controller bieten eine präzise und unabhängige Regelung von CC- und CV-Ausgängen.
  • Bei der unabhängigen Mehrfachausgangs-CC-/CV-Steuerung kann ein Zeitschlitz-Leistungsverteilungssteuerungs- (Time Slot Power Distribution Control - TSPDC) Prozess zum Regeln sämtlicher der Ausgänge mit hoher Präzision bei einer optimierten Zeitsteuerung verwendet werden.
  • Die vorgeschlagene Wandlertopologie ist bei einem Beispiel ein einstufiger Mehrfachausgangs-Sperrwandler, der auf Anwendungen mit mehreren unabhängig geregelten Konstantspannungs- und/oder Konstantstromausgängen abzielt. Beispielhafte Ziele für solche Produkte können Monitor- und TV-Anwendungen umfassen, die einen CC-gesteuerten Ausgang für die parallelen Ketten (z. B. Arrays) von Hinterleuchtungs-LEDs aufweisen, welche einen geregelten einstellbaren (z. B. Dimm-) Konstantstromausgang mit zum Beispiel einem 40-50-Volt-Spannungsabfall plus einem oder mehreren CC-gesteuerten Ausgängen zum Versorgen von Logik, USB und Audio mit Leistung, die eine strikte Regelungsgenauigkeitsanforderung für jeden Ausgang erfüllen soll, erforderlich machen.
  • Es sei daraufhingewiesen, dass in der folgenden Beschreibung und den beispielhaften Zeichnungen das Konzept von unabhängig gesteuerten CC-/CV-Mehrfachausgängen in dem meisten Fällen mit Reihenkopplungen der Sekundärwicklungen auf dem Energieübertragungselement (z. B. Transformator) dargestellt ist. Dies darf jedoch nicht als Einschränkung angesehen werden und es sei daraufhingewiesen, dass auf der Basis der Anwendung und des Last-Leistungserfordernisses an jedem der mehreren Ausgänge die unabhängig geregelten CV-/CC-Ausgänge in jeder beliebigen Kopplungskombination von Reihenwicklungen, Parallelwicklungen oder sowohl Reihenwicklungen als auch Parallelwicklungen mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung für sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge angeordnet sein können, gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt die allgemeine Struktur und Schaltungsbilder eines beispielhaften Leistungswandlers mit einer einzelnen Magnetkomponente und mehreren unabhängig geregelten Ausgängen, die bei einem Beispiel mit unabhängigen Lasten gekoppelt sein können, von denen jede einen geregelten Konstantstrom oder Konstantspannung für den Betrieb benötigen können, gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 erzeugt die AC-Leitungsspannung VAC 105 durch einen Eingangsgleichrichter und eine Eingangsschaltungsanordnung (z. B. Filter- und Schutzkomponenten) die Eingangsspannung Vin 115 für den Leistungswandler an einer Magnetkomponente 120, die mit einer Primär-Schaltvorrichtung 130 gekoppelt ist. Die Primär-Schaltvorrichtung 130 wird von einem Primär-Schaltsteuerblock 161 gesteuert. Durch das gesteuerte Schalten zwischen einem Ein-Zustand und Aus-Zuständen der Primär-Schaltvorrichtung 130 können Leistungsimpulse aus der Primärwicklung 121, die mit dem Eingang des Leistungswandlers gekoppelt ist, zu den mehreren Sekundärwicklungen 122, 123 und 124 mit einer möglicherweise erweiterten Anzahl von Sekundärwicklungen übertragen werden. Die Sekundärwicklungen 122, 123 und 124 sind alle auf denselben Magnetkern gewickelt wie die Primärwicklung 121 und sind elektrisch und magnetisch miteinander gekoppelt, wobei sie mehrere Sekundärausgänge (-ports) erzeugen, bei einem Beispiel Sec1 132, Sec2 133 und bis zu Sec(n) 134. Obwohl die mehreren Sekundärwicklungen 122, 123 und 124 in der einzelnen Magnetkomponente 120 als in Reihe geschaltete Wicklungen dargestellt sind, sei daraufhingewiesen, dass bei anderen Beispielen die mehreren Sekundärwicklungen 122, 123 und 124 in jeder beliebigen Kombination aus Reihenwicklungen, Parallelwicklungen oder einer Kombination aus sowohl Reihenwicklungen als auch Parallelwicklungen für sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge gekoppelt sein können. Mehrere gesteuerte Sekundär-Schaltvorrichtungen 140 können durch einzelne Schalter SW1 142, SW2 143 und bis zu SW(n) 144 selektiv eine Übertragung von Leistungsimpulsen von der Primärwicklung 121 zu jedem der mehreren geregelten Ausgängen, die mehr Leistung nachfragen, steuern.
  • Der Synchron-Gleichrichterschalter (synchronous rectifier - SR) 145 auf der Rücklaufleitung 135/155 wird durch einen Sekundär-SR-Steuerblock 162, der Schaltvorgänge der Primär-Schaltvorrichtung 130 mit dem Synchron-Gleichrichterschalter SR 145 auf der Sekundärseite synchronisiert, gesteuert. Bei dem gezeigten Beispiel ist ein SR-Schalter 145 als mit der gemeinsamen Rücklaufleitung 135/155 gekoppelt gezeigt. Bei anderen Beispielen sei daraufhingewiesen, dass die mehreren Synchron-Gleichrichterschalter mit einigen oder sämtlichen der Rücklaufleitungen der Ausgangswicklungen gekoppelt sind. Der Sekundär-SR-Steuerblock 162 führt eine SR-Rückführung von Steuersignalen 166 von der Sekundärseite des Leistungswandlers durch und erzeugt Steuersignale 167 zum Synchronisieren des Schaltens des Synchron-Gleichrichter-SR-Schalters 145 mit der Primär-Schaltvorrichtung 130. Bei einem Beispiel (z. B. der Sperr-Topologie des Leistungswandlers) bleibt dann, wenn die Primär-Schaltvorrichtung 130 eingeschaltet ist, der Synchron-Gleichrichterschalter SR 145 im Aus-Zustand, um eine Übertragung von Energie zu der Sekundärseite zu verhindern und zuzulassen, dass Energie in der Magnetkomponente gespeichert wird. Wenn sich die Primär-Schaltvorrichtung 130 abschaltet, schaltet der Synchron-Gleichrichterschalter SR 145 in den Ein-Zustand, so dass die gespeicherte Energie in der Magnetkomponente einen Leistungsimpuls erzeugt, der auf der Basis der ausgewählten Zustände der gesteuerten Schaltvorrichtungen zu den Ausgangslasten, die mehr Leistung nachfragen, übertragen wird. Ein Lastblock 150, der mehrere geregelte und unabhängig gesteuerte Konstantspannungs-CV-Lasten, Konstantstrom-CC-Lasten oder sowohl Konstantspannungs-CV-Lasten als auch Konstantstrom-CC-Lasten (z. B. Last1, Last2 und bis zu Last(n)) aufweisen kann, empfängt gleichgerichtete DC-Ausgangsspannungen VO1 152, VO2 153 und bis zu VO(n) 154 mit Bezug auf eine einzelne gemeinsame Rücklaufleitung RTN 155 für sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge.
  • Die Gleichrichtung von Ausgangsspannungen und selektive Übertragung von Leistungsimpulsen von einem Eingang zu jedem einzelnen Ausgang des Leistungswandlers wird von gesteuerten Schaltern in dem Block der Sekundär-Schaltvorrichtung 140 durchgeführt. Der Mehrfachausgangs-Steuerblock 163 erzeugt durch Empfangen von Mehrfachausgangs-Rückführungssignalen 168 aus jedem Ausgang Mehrfachausgangs-Steuersignale 169 und steuert eine unabhängige Regelung jeder Last in dem Mehrlastblock 150. Bei einer Isolierter-Wandler-Topologie, wie z. B. einem isolierten Sperrwandler, bei dem die Primär- und Sekundär-Steuersignale auf unterschiedliche Massepegel referenziert sind, sollte der Primär Steuerblock 161 eine galvanische Isolierung gegen den Sekundär-SR-Steuerblock 162 aufweisen. Bei einem Beispiel kann die erforderliche Kommunikation zwischen dem Primär-Schaltsteuerblock 161 und dem Sekundär-SR-Steuerblock 162 durch ein isoliertes Kommunikationslink 165 vorgesehen sein. Der Mehrfachausgangs-Steuerblock 163 und der Sekundär-SR-Steuerblock 162 können Steuersignale 170 direkt austauschen, um den Status der Schaltvorrichtungen zu prüfen und um Leistungsimpulse aus der Primär-Schaltvorrichtung anzufordern. Bei einem Beispiel können die drei Steuerblöcke der Primär-Schaltsteuerung 161, der Sekundär-SR-Steuerung 162 und der Mehrfachausgangs-Steuerung 163 in einem Einzelpaket-IC-Controller 160 enthalten sein.
  • 2A, 2B und 2C zeigen das sequenzielle Verwalten eines Primär- und Sekundärschaltens zum Übertragen von Impulsen von Primär- zu Sekundärausgängen auf der Basis jeder Lastnachfrage.
  • 2A zeigt ein generelles Ablaufdiagramm für eine sequenzielle Leistungslieferung zu N möglichen Ausgängen auf der Basis ihrer Lastnachfrage. Von einem Startpunkt 201 über ein Link 218 wird die Leistungsnachfrage von Ausgängen überwacht. In einem Bedingungs- (d. h. Entscheidungs-) Block 203 wird geprüft, ob ein Ausgang Leistung nachfragt. Bei „Nein“ 204 kehrt die Verarbeitung in einer Schleife zu dem Überwachungslink 218 zurück. Bei „Ja“ 205 wird im Bedingungsblock 206 durch die Rückführungssignale geprüft, ob sämtliche N Ausgänge Leistung nachfragen. Bei „Ja“ 207 oder mit anderen Worten, wenn sämtliche Ausgänge gleichzeitig Leistung nachfragen, werden in Block 208 Leistungsimpulse sequenziell zu sämtlichen N Ausgängen geliefert. Ein Beispiel für die Sequenzierung der mehreren Ausgänge, die eine Leistungsimpulsverteilung nachfragen, ist in 2C dargestellt.
  • Bei der Option „Nein“ 209 wird dann, wenn eine begrenzte Anzahl von Ausgängen Leistung nachfragt, in dem Bedingungs- (d. h. Entscheidungs-) Block 210 entschieden, ob mehr als ein Ausgang Leistung anfordert (oder nachfragt). Bei der Option „Nein“ 213 wird dann, wenn nur ein Ausgang Leistung nachfragt, in Block 214 entschieden, sämtliche Leistungslieferungsimpulse dem nachfragenden Ausgang zuzuordnen, bis seine Rückführung über den Referenzschwellwert hinaus ansteigt. Andererseits werden dann, wenn immer noch mehr als ein Ausgang Leistung nachfragt, oder im Fall der Option „Ja“ 211 in Block 212 Leistungsimpulse sequenziell zu sämtlichen Ausgängen geliefert, die gleichzeitig Leistung nachfragen. Dieser Prozess des Prüfens sämtlicher Ausgangsrückführungssignale hinsichtlich ihrer Nachfrage nach Leistung geht zu dem Startlink 218 zurück, um regelmäßig über die „Überwachen von Leistungsnachfrage“-Links 215 und 216 wiederholt zu werden, um eine schnelle und faire Regelung sämtlicher Ausgänge zu bieten.
  • 2B zeigt ein einfaches Logikschaltbild der Rückführungsfehlerdetektion zum Wirksammachen eines Energie- (d. h. Leistungs-) Übertragungsanforderungsimpulses aus jedem Ausgang. Das Beispiel von 2B ist für einen Leistungswandler mit zwei geregelten CV-Ausgängen und einem dritten Ausgang, der optional für eine Konstantspannungs-CV- oder Konstantstrom-CC-Last ausgewählt werden kann, dargestellt, wobei die CC-Steuerung eine unterschiedliche Referenz mit zusätzlichen Steuermerkmalen der CC-Last aufweist.
  • In 2B empfangen die drei Spannungskomparatoren VCV1 240, VC2 250 und VC3 260 Rückführungssignale FB1 242, FB2 252 und FB3 262 jeweils an ihren negativen Anschlüssen 243, 253 und 263. Die drei Rückführungssignale FB1 242, FB2 252 und FB3 262 stellen drei unabhängig gesteuerte und geregelte CV-Ausgänge dar. Diese Signale werden mit unterschiedlichen Übertragungsverhältnissen skaliert, so dass sie mit einem einzelnen modifizierten Schwellwert-Referenzsignal 226, das an die positiven Eingangsanschlüsse 244, 254 und 264 jeweils der Spannungskomparatoren VCV1 240, VCV2 250 und VCV3 260 angelegt wird, verglichen werden. Das Referenzsignal 226 wird aus einer Referenzspannung VREF 221 erzeugt, die durch Hinzufügen eines CV-Modifizierersignals Vmod CV 224 durch einen Addierer 220 modifiziert (oder kompensiert) wird.
  • Immer wenn das Rückführungssignal aus einem CV-Ausgang unter das Schwellwert-Referenzsignal 226 fällt, geht das Ausgangssignal (entweder CV1 246, CV2 256 oder CV3 266) des dazugehörigen CV-Komparators auf High, um den Energieübertragungs-Anforderungsimpuls für diesen spezifischen Leistung nachfragenden Ausgang wirksam zu machen.
  • Bei dem Beispiel von 2B gibt es eine Ausgangsoption für eine Konstantstrom-CC-Last, die von einem vierten Komparator VCC 270 dargestellt wird, der den Komparator VCV3 260 ersetzen kann in einem Fall, in dem eine Konstantstromlast CC den dritten Komparator CV-Ausgang ersetzt. In diesem Fall ist der Rückführungsanschluss FB3 262 mit dem negativen Eingang 273 des VCC-Komparators 270 gekoppelt und wäre der positive Eingang 274 des VCC-Komparators 270 mit einer Schwellwertreferenz gekoppelt, die durch Hinzufügen eines CC-Modifizierersignals Vmod CC 234 zu der Steuer-Referenzspannung durch einen Addierer 230 erzeugt wird.
  • 2C zeigt eine Tabelle 280 für eine Leistungsimpulslieferungs-Sequenzierungsoption für einen Leistungswandler mit drei unabhängig geregelten Ausgangssteuerlogiken, wie in dem Blockschaltbild von 2B dargelegt ist. Sie zeigt eine Leistungsimpulsverteilung, wenn sämtliche Ausgänge gleichzeitig Leistung nachfragen. Mittels einer solchen Sequenzierung wird eine adäquate Verteilung von Leistungsimpulsen für eine schnelle optimale Regelung sämtlicher Ausgänge verwaltet. Die linke Spalte in Tabelle 280 von 2C präsentiert die Sequenzen zwischen Intervallen von Leistungsübertragungsimpulsen, die sich wiederholen, bis sich die Leistungsnachfrage der mehreren Ausgänge ändert.
  • In der ersten Reihe 281, Sequenz 1, empfängt der Konstantspannungsausgang CV1 eine Leistungsimpulslieferung. In der zweiten Reihe 282, Sequenz 2, empfängt der Konstantspannungsausgang CV2 eine Leistungsimpulslieferung. In der dritten Reihe 283, Sequenz 3, würde entweder der Konstantspannungsausgang CV3 oder im Fall einer Konstantstromlast der Konstantstromausgang CC die Leistungsimpulslieferung empfangen. In der nächsten Reihe 284, Sequenz 4, geht für einen einfacheren Übergang der Leistungsimpuls zu dem Konstantspannungsausgang CV2 zurück, und in Sequenz 5, Reihe 5 282 wird der Leistungsimpuls zu dem Ausgang CV1 geliefert, bevor er in der Sequenz 6 zurückkehrt, um einen Leistungsimpuls zu dem optionalen CV3- oder CC-Ausgang in Reihe 286 zu liefern. Das gleiche Muster einer Leistungsimpulslieferung wird in den nächsten Sequenzen (Reihe 7 287, Reihe 8 288 und Reihe 9 289) fortgesetzt.
  • 3 zeigt ein Beispiel für einen Mehrfachausgangs-Leistungswandler 300, der als Sperrwandler mit einem Zeilentransformator 310 als Energieübertragungselement, das mit einem Schaltelement SW 332 gekoppelt ist, arbeitet. Die Sperr-Konfiguration von 3 ist mit einer Eingangsspannung Vin 305 (aus einer AC-Leitung und einem Eingangsgleichrichter) gekoppelt, die an eine Primärwicklung L1 311 des Transformators (einzelne Magnetkomponente) 310, in Reihe mit einer Schaltvorrichtung SW 332, angelegt wird. Die Mehrfachausgangs-Wicklungen 312, 313 und 314 auf demselben Magnetkern sind elektrisch miteinander in Reihe gekoppelt und sind mit einer galvanischen Isolierung magnetisch mit der Eingangswicklung 311 gekoppelt. Das Beispiel des Mehrfachausgangs-Leistungswandlers in 3 weist zwei unabhängig gesteuerte Konstantspannungs-CV-Ausgänge mit geregelten Spannungen VO1 371 und VO2 361 und einen Konstantstrom-CC-Ausgang auf, der einen geregelten Strom IO3 350 für eine Konstantstromlast (bei einem Beispiel LED-Lastketten 390) mit einem Spannungsabfall VO3 350 bereitstellt.
  • Der erste CV-Ausgang VO1 371 ist durch einen ersten Leistungsimpulsübertragungsschalter 319 mit der Sekundärwicklung 314 gekoppelt. Der zweite CV-Ausgang VO2 361 ist durch einen zweiten Leistungsimpulsübertragungsschalter 317 und eine Diode 316 mit der Sekundärwicklung 313 gekoppelt. Der dritte Ausgang des Leistungswandlers 300 in dem Beispiel von 3 ist als CC-Ausgang mit einem geregelten Strom IO3 350 und einem lastabhängigen Spannungsabfall VO3 351 dargestellt und ist durch eine Gleichrichterdiode 315 mit der Sekundärwicklung 312 gekoppelt. Für alle drei Sekundärausgänge führt der Rücklaufstromweg durch eine Rücklaufleitung Rtn 380, die durch einen Synchrongleichrichter-MOSFET-Schalter 320 mit der Niederpotenzialseite der Sekundärwicklung 314 gekoppelt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste CV-Ausgang VO1 371 eine Spannung an der Sekundärwicklung 314 empfängt. Der zweite CV-Ausgang VO2 361 empfängt die Spannung an den Sekundärwicklungen 313 plus 314, und die Spannung für den CC-Ausgang VO3 351 stünde in Beziehung zu der Gesamtspannung an allen drei Sekundärwicklungen 312 plus 313 plus 314. Bei der Auslegung des Transformators 310 mit mehreren Sekundärwicklungen sollten die geeigneten Windungsverhältnisse für das Kombinieren und Summieren sämtlicher Ausgänge berücksichtigt werden.
  • Bei einem Mehrfachausgangs-Leistungswandler gibt es im Gegensatz zu einem Einfachausgangs-Sperrwandler dann, wenn der Primärschalter leitend ist und sämtliche Schalter auf der Sekundärseite aus sind, keinen Leitungsweg, der die Spannung auf der Sekundärseite des Transformators definiert. Auf der Basis des Verhältnisses der Primär- zu den Sekundärwindungen des Transformators und der primärseitigen Eingangsspannung können Spannungen an den Sekundärverbindungen des Transformators hoch werden. Ohne Zenerdiode 318 (und Body-Diode von MOSFET 319) wäre die Spannung von parasitären Kapazitäten abhängig und könnte von Auslegung zu Auslegung variieren. Die Klemm-Zenerdiode 318 bestimmt zusammen mit der Body-Diode des MOSFET 319 die Spannung an dem Drain des MOSFET 319, wenn der Primärschalter eingeschaltet ist. Die Zenerdiode 318 verhindert eine übermäßige Spannungsbelastung an den Sekundärkomponenten. Die Gesamtsteuerung des Mehrfachausgangs-Leistungswandlers 300 besteht aus einem Primär-Steuerblock 334 zum Steuern des Schaltens des Primär-Leistungsschalters 332 durch ein Schaltsignal 338 in Reaktion auf einem Schaltstrom Isw 308, der in das Drain 331 des Leistungsschalters 332 eintritt. Der Schaltstrom Isw 308 kann an der Source 333 des Leistungsschalters 332 erfasst werden (Isns 337). Ein Kondensator 339 ist über einen Primär-Versorgungsanschluss BPP der Primärsteuerung 334 mit Bezug auf Primär-Masse 301 gekoppelt.
  • Der Sekundär-Steuerblock 336 kann das Schalten des Synchrongleichrichters SR 320 steuern und synchronisieren und den Ausgang für eine Einfachausgangs-Auslegung (d. h. eine Nicht-Mehrfachausgangs-Auslegung) regeln. Aufgrund der Isolierung zwischen der Primär- und den Sekundärwicklungen und der isolierten Primär- und Sekundär-ReferenzMasse 301 und 302 weisen die Primärsteuerung 334 und die Sekundärsteuerung 336 eine galvanische Isolierung auf und können nur optisch oder magnetisch (z. B. durch ein Isolierungslink 335) kommunizieren, um das Schalten des Primär-SW- 332 und des Sekundär-SR-Schalters 320 zu synchronisieren. Bei einem Beispiel ist das Drain des SR-Schalters 320 mit der Niederpotenzialseite der Ausgangswicklung 314, der Rücklaufleitung für sämtliche der mehreren Ausgänge und durch ein Widerstandselement 322, das mit einem Vorwärts- (forward - FWD-) Stift mit dem Sekundär-Steuerblock 336 gekoppelt ist, um den Abschaltmoment des Primär-Leistungsschalters 332 zu detektieren, gekoppelt. Das Durchlass-/Steuersignal für den SR-Schalter 320 ist auf den Source-Anschluss des SR-Schalters 320 referenziert, der mit dem Sekundär-Masseanschluss Gnd 324 gekoppelt ist. Eine Versorgungsspannung zu dem Sekundär-Steuerblock 336 befindet sich an einem Anschluss BPS 325 und an einem Kondensator 326, der auf Rücklauf-Masse 380 referenziert ist. Die Sekundärversorgung sowie die Versorgung BP 387 an dem Kondensator 386 zu dem Mehrfachausgangs-Steuerblock 340 werden von einem der mehreren Ausgänge bereitgestellt. Beim Start, wenn VO1 nicht schnell genug ansteigt, kann die Steuerversorgung aus anderen Ausgängen mit höheren Spannungspegeln genommen werden.
  • Die Mehrfachausgangs-Steuerung 340 kann einen Block 342 „Mehrfachausgangs-Signalprozess- und Schnittstellenblöcke“ und einen Block 345 „LED-Stromaufteilungs- und Dimmsteuerung“ aufweisen, die über Signale 343 verlinkt sind. Anschlüsse an der Mehrfachausgangs-Steuerung 340 sind in Tabelle 399 „Tabelle von externen Anschlusskennzeichnungen für Mehrfachausgangs-Steuerblock“ aufgeführt. Bei einem Beispiel (Anzahl und Art von Anschlüssen sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt) können diese Anschlüsse an der Mehrfachausgangs-Steuerung 340 aufweisen:
    BP, 387 Versorgungsspannung, die von einem der Ausgänge bereitgestellt wird
    Gnd, 385 Sekundär-Masse
    Dr1, 376 Ansteuerungssignal für Leistungsimpulsschalter an erstem CV-Ausgang VO1
    CDr1, 377 Kapazitive Kopplung mit Steueranschluss von Impulsschalter an erstem CV-Ausgang VO1
    Dr2, 366 Ansteuerungssignal für Leistungsimpulsschalter an zweitem CV-Ausgang VO2
    CDr2, 367 Kapazitive Kopplung mit Steueranschluss von Impulsschalter an zweitem CV-Ausgang VO2
    VO1, 379 Erster CV-Ausgang von Leistungswandler
    PLim1, 394 Leistungsgrenze/Schwellwert Anschluss für ersten CV-Ausgang
    FB1, 375 Rücklaufanschluss von erstem VC-Anschluss
    VO2, 369 Zweiter CV-Ausgang von Leistungswandler
    PLim2, 369 FB2, 365 Leistungsgrenze/Schwellwert Anschluss für zweiten CV-Ausgang
    Rücklaufanschluss von zweitem VC-Anschluss
    Vo3, 359 Dritter Ausgang von Leistungsschalter, der als CV oder CC geregelt werden kann
    Cntl, 392 Steuersignal für CC-Ausgang
    FB3, 355 Rücklaufanschluss von drittem CV-Anschluss
    Is, 391 CC-Ausgangs- (LED-Last-) Stromerfassung über Stromaufteilungsblock 345
    Icc1, 356(1) Stromerfassungs- und Spannungsabfallbewertung für erste Kette von LED-Last
    Icc2, 356(2) Stromerfassungs- und Spannungsabfallbewertung für zweite Kette von LED-Last
    Icc(m), 356(m) Stromerfassungs- und Spannungsabfallbewertung für n.te Kette von LED-Last
    PWM/ADim,357 Digitales (PWM) oder analoges Dimmsignal für LED-Lastketten
    STB, 358 Standby-Wirksammachung-Anschluss
  • Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem Beispiel, bei dem nur eine LED-Kette an dem CC-Ausgang verwendet wird, sämtliche der Eingangsanschlüsse für Kettenströme an dem Mehrfachausgangs-Steuerblock (Icc1, Icc2,... Icc(m)) miteinander kurzgeschlossen werden können.
  • Bei einem Beispiel wird das Rückführungssignal FB1 für den ersten CV-Ausgang VO1 371 durch einen resistiven Teiler 372 und 373 an einem Ausgangskondensator CO1 374 bereitgestellt. Das Rückführungssignal FB2 für den zweiten CV-Ausgang VO2 361 wird durch einen resistiven Teiler 362 und 363 an dem Ausgangskondensator CO2 364 bereitgestellt, und auf im Wesentlichen gleiche Weise wird das Rückführungssignal FB3 für den dritten CC-Ausgang VO3 351 durch einen resistiven Teiler 352 und 353 an dem Ausgangskondensator CO3 354 bereitgestellt.
  • Ein externer Kondensator 378 wird von dem Anschluss CDr1 377 an den Steueranschluss des ersten Leistungsimpulsschalters 319 an dem ersten CV-Ausgang VO1 371 angelegt. Auf im Wesentlichen gleiche Weise wird ein weiterer externer Kondensator 368 von dem Anschluss CDr2 367 an den Steueranschluss des zweiten Leistungsimpulsschalters 317 an dem zweiten CV-Ausgang VO2 361 angelegt.
  • Die Leistungsgrenze für den ersten CV-Ausgang VO1 371 wird von einem externen Widerstand 384 aus einem Anschluss PLim1 394 zu der Rücklauf-Masse Rtn 380 definiert. Auf im Wesentlichen gleiche Weise wird die Leistungsgrenze für den zweiten CV-Ausgang VO2 361 von einem weiteren externen Widerstand 383 aus einem Anschluss PLim2 383 zu der Rücklauf-Masse Rtn 380 definiert. Der Konstantstromanschluss CC-Cntrl 392 wird ebenfalls durch einen externen Kondensator 382, der mit der Rücklauf-Masse Rtn 380 gekoppelt ist, definiert.
  • Bei einem Beispiel sind der Primär-Steuer- 334 und der Sekundär-Steuerblock 336 in eine einzelne IC, die einen externen Leistungsschalter 332 steuert, integriert und gepackt. Bei einem weiteren Beispiel ist zum Vereinfachen der Auslegung der Leistungsschalter 332 auch in derselben IC wie die Primärsteuerung 334 und die Sekundärsteuerung 336 gepackt. Bei noch einem weiteren Beispiel sind der Leistungsschalter 332, die Primärsteuerung 334, die Sekundärsteuerung 336 sowie die Mehrfachausgangs-Steuerung alle in einer einzelnen IC enthalten.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ein Steuerkonzept für einen Einzelmagnet-Mehrfachausgangs-CC/CV-Wandler gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung durch drei gut synchronisierte Steuerabschnitte mit korrelierten Funktionen implementiert wird:
    • • Der Primär-Controller für die Primär-Leistungsschalter-Ein-Aus-Steuerung, die eine eingebaute Rampenzeitmodulations- (ramp time modulation - RTM-) Maschine mit einer Spitzenstromsteuerung aufweist. Bei Empfang eines Impulses aus dem Sekundär-Steuerblock durch ein Isolierungslink (z. B. ein Magnetlink) wird unverzüglich ein Impuls ausgegeben. Der Spitzenstrom wird von der RTM-Maschine bestimmt.
    • • Der sekundärseitige Controller steuert den SR-MOSFET an und produziert Nachfrageimpulse für die Primär-Schaltsteuerung.
    • • Der Mehrfachausgangs-Steuerblock für die Strom-/Spannungsregelung, die die Ausgangsquantität an jedem Mehrfachausgang durch Zuordnen von Leistungsimpulsen auf der Basis jeder Ausgangslast und Leistungsanforderung regelt. Er weist auch einen Stromaufteilungsblock auf, der den Strom in mehreren LED-Ketten und den Gesamtstrom durch Regeln des Spannungsabfalls über ein Erfassungsstrom-Widerstandselement steuert. Dieser Block kann auch sicherstellen, dass die Ströme in sämtlichen Ketten gleich sind.
  • Detaillierte Beispiele für interne Blöcke und Anschlüsse des Mehrfachausgangs-Steuerblocks für eine unabhängige Mehrfachausgangs-CV- und -CC-Regelung in einem Mehrfachausgangs-Leistungswandler mit einer einzelnen Magnetkomponente sind in 4 beschrieben.
  • 4 zeigt ein Beispiel für interne Funktionsblöcke und Steuersignale des Mehrfachausgangs-Steuerblocks 163 in 1 oder 340 in 3. Wie dargestellt ist, werden Rückführungssignale FB(1) 422(1), FB(2) 423(2),.... bis FB(n) 422(n) aus sämtlichen CV-Ausgängen sowie die Leistungsgrenzen-Schwellwertsignale PLim(1) 424(1), PLim(2) 424(2) ,.... bis 424(n) von einem Mehrfachausgangs-Signalprozessblock 420 empfangen. Das (die) Rückführungs-/Steuersignal(e) für den (die) Konstantstromausgang (-ausgänge) ist (sind) gegebenenfalls durch (ein) CC-CNTRL-Signal(e) dargestellt 423. Der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock 420 sendet auf der Basis einer Leistungsnachfrage und FB-Informationen, die aus jedem Ausgang empfangen werden, Signale 426(1), 426(2),... bis 426(n) jeweils zu den Ansteuerungsblöcken High-Seite MOSFET Ansteuerung #1 430(1), High-Seite MOSFET Ansteuerung #2 430(2),... bis High-Seite MOSFET Ansteuerung #n 430(n). Diese Ansteuerungsblöcke empfangen auch eine Versorgungsspannung BP 412 und die jeweilige Ausgangs-CV-Spannungen VCV(1) 432(1), VCV(2) 432(2),... bis VCV(n) 432(n) zum Erzeugen von Ansteuerungssignalen DR(1) 434(1), DR(2) 434(2), bis DR(n) 434(n) zum Steuern der Leistungsimpulsschalter an jedem Mehrfachausgang.
  • Der BP-Regler 410 regelt die Spannung an dem BP-Anschluss 412. Bei Normalbetrieb verwendet der BP-Regler 410 einen der mehreren Ausgänge (z. B. VCV(2) 432(2)) als Primärquelle. Wenn dieser Ausgang jedoch Low ist (z. B. während des Starts), kann er andere Ausgänge (z. B. VVCV(3) oder VLED 411) verwenden. Der BP-Regler sollte eine ausreichende Leistung für den Mehrfachausgangs-Steuerblock plus den Sekundär-Steuerblock bereitstellen.
  • Der Hochspannungs-HV-Shunt 414 und der Niederspannungs-LV-Shunt 415 können zum Begrenzen der Spannung an einigen CV-Ausgangsanschlüssen, die eine Spitzenladung erfahren können, erforderlich sein. Bei dem Beispiel von 4 wird der HV-Shunt 414 zum Begrenzen der Spannung an einem VCV3/VLED-Anschluss auf das zulässige Maximum verwendet und wird der LV-Shunt 415 zum Begrenzen der Spannung an dem VCV(1)-Anschluss verwendet.
  • Der Pegel des Signals an dem Anschluss PWM/ADim 480 kann eine analoge und eine digitale Dimm-Option der LED-Ketten bestimmen oder zwischen diesen unterscheiden. Wenn der Signalpegel PWM/ADim 480 über VREF 441 liegt, geht das Ausgangssignal des Komparators 442, das das PWM-Signal 443 ist, auf High und wählt durch den Mehrfachausgangs-Signalprozessblock 420 ein digitales Dimmen aus. Andernfalls wählt das ADim-Signal 458 durch den Steuerblock 450, der die LED-Stromaufteilungs- und - Dimmsteuerung ist, das analoge Dimmen für die LED-Ketten aus. Ein Komparator 462 detektiert einen niedrigen Pegel des PWM/ADim-Signals im Vergleich zu einem VLOW-Schwellwert 461 zum Erzeugen von Signal LOW 463 für den Mehrfachausgangs-Signalprozessblock 420. Der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock 420 fordert auch ein Übertragen von Signalen Wirksammachen 453 und Vsat 454 zu und von dem LED-Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock 450 an. Ebenso werden Signale 465 und 466 zu und von einem Block 460 übertragen, der die Schnittstelle zu dem Sekundärblock (Block 336, 3) ist. Die wesentlichen Signale, die zu der Sekundärsteuerung (Block 336, 3) zu senden und von dieser zu empfangen sind, können aufweisen:
    1. 1) Ein Vorwärtssteuerungs- (forward control - FWC-) Signal 446 aus der Sekundärsteuerung (346 in 3, das die FWD-Anschluss-Information über das Sekundär-MOSFET-SR-Drain ist, das den Ein- und Ausschaltmoment des Primär-Leistungsschalters bereitstellt).
    2. 2) Anf.-Signal 447 zu der Sekundärsteuerung (347 in 3, das die Leistungsimpulsanforderung aus einem CV- oder CC-Ausgang ist).
    3. 3) Bestätigungssignal Ack 448 aus der Sekundärsteuerung (348 in 3 zum Bestätigen der Anforderung bezüglich eines Leistungsimpulses).
    4. 4) Das Ansteuerungssignal des Synchrongleichrichter-MOSFET-Primärschalters 320, Synchrongleichrichter- (SR-) Signal 449 (349 in 3, aus dem Sekundär-Steueranschluss-SR 321) wird ebenfalls durch den Schnittstellenblock 460 von der Mehrfachausgangs-Steuerung empfangen.
  • Der LED-Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock 450 ist für das Empfangen von Strom aus sämtlichen einzelnen LED-Ketten zwecks Verarbeitens zuständig, wie in dem Beispiel von 5 dargestellt ist. Strom aus jeder LED-Kette: ICC(1) 456(1), ICC(2) 456(2),... bis ICC(m) 456(m) sowie der gesamte erfasste Strom von den LED-Ketten Is 455 wird in dem LED-Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock 450 (in 3 jeder LED-Ketten-Strom Icc(i) bis ICC(m) und Spannungsabfallsignal von Is an dem Widerstandselement 381) empfangen und verarbeitet. Das HV-Klemmmodul 451 kann jede mögliche HV-Bedingung an den LED-Ketten-Stromanschlüssen (Icc-Anschlüssen) klemmen. Bei einem Beispiel regelt der Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock 450 die Spannung von Anoden der LED-Ketten, um zum akkuraten Steuern des Stroms in den LED-Ketten eine ausreichende Spannung über die Stromquellen bereitzustellen. Es sei daraufhingewiesen, dass zum Vermeiden von Unklarheiten die nichtwichtigsten Funktionen des Mehrfachausgangs-Steuerblocks 440, die für Fehlerdetektionen und Schutzzwecke erforderlich sind, in dem Beispiel von 4 nicht gezeigt sind.
  • Bei einer Ausführungsform des Mehrfachausgangs-Leistungswandlers kann der CC-Ausgang für stromgeregelte Ketten einer LED-Last, die bei einem Beispiel in TV- oder PC-Monitoren genutzt wird, verwendet werden. Die Stromaufteilungs- und Dimmfunktion für mehrere parallelgeschaltete Ketten von LEDs wird von dem Steuerblock LED-Stromaufteilung und -Dimmsteuerung 450 in 4 oder 345 in 3 bereitgestellt. Es gibt mehrere Wahlmöglichkeiten für die Stromaufteilung in LED-Ketten, und bei einem Beispiel kann eine Regelung in Reaktion auf die LED-Kette mit der Minimalspannung der LED-Ketten (die nicht unter den Grenzpegel fällt) durchgeführt werden. Die Dimmfunktion der LEDs (eine beispielhafte Anwendung dafür kann in Monitoren zum Einstellen der Helligkeit des Bildschirms sein) kann mit einem analogen Dimmen proportional zu einem linearen Strombefehl oder mit einem digitalen PWM-Dimmen (im Bereich von 100 Hz bis zu einigen zehn kHz) im Vergleich zu der Schaltfrequenz (im Bereich von 50 kHz bis einigen hundert kHz) durchgeführt werden. Beim digitalem PWM-Dimmen kann können gleichphasige PWM-Impulse verwendet werden oder können phasenverschobene PWM-Impulse verwendet werden (siehe z. B. in 6), und zwar mittels eines Abtast- und Halteprozesses für den Strom in jeder Kette zum Detektieren des Mindestspannungsabfalls in der Kette. Beim phasenverschobenen PWM-Dimmen werden ein verbessertes Sehergebnis und eine erhöhte zeitverteilte Leistungsnachfrage für die LED-Last erreicht. Dadurch wird ein hörbares Rauschen verringert und wird die Effizienz verbessert. Ein Beispiel für die LED-Stromaufteilungs- und Dimmsteuerung in der Mehrfachausgangs-Steuerung (450 in 4 oder 345 in 3) ist in 5 dargelegt.
  • 5 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Schaltungsblocks zum Implementieren einer Stromaufteilung (parallele Stromverteilung) an einem Konstantstromausgang mit geregeltem Strom IO(CC) 550 und Spannung VO(CC) 551 an den mehreren parallelgeschalteten LED-Ketten 590 (Index 1, ... m), die bei einem Beispiel für die Hinterleuchtung eines TV- oder Monitorschirms verwendet werden kann. Jede LED-Kette als Stromquelle ist mit einem Eingangsanschluss ICC1 556(1), ICC2 556(2), ....ICC(m), 556(m) des LED-Stromaufteilungs- und PWM-Dimmsteuerblocks 510 in dem Mehrfachausgangs-Steuerblock 540 gekoppelt (z. B. 340 von 3 oder 440 von 4). Es sei darauf hingewiesen, dass bei anderen Beispielen einer Dimm-Implementierung ein analoges lineares Dimmsignal verwendet werden kann. Die Ströme der Ketten mit Index 1, 2, ..., m werden von Stromquellen 516(1), 516(2),... 516(m) dargestellt, die jeweils mit jeder Kette gekoppelt sind und durch einen jeweiligen PWM-Schalter 514(1), 514(2),... 514(m), die alle gleichzeitig zum Einschalten mittels eines PWM-Impulses 511 gesteuert werden, leiten können.
  • In 5, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, werden hinsichtlich einer einfachen Implementierung mit einer einzelnen Quelle für das PWM-Signal sämtliche der mehreren Kanäle der LED-Ketten aktiviert, damit sie gleichzeitig eingeschaltet und gleichphasig werden. Die gleichphasige Steuerung sämtlicher LED-Ketten aufgrund niedrigerer PWM-Frequenzen (einige zehn kHz) kann jedoch ein unerwünschtes Flimmern/Flackern hervorrufen. Eine alternative Option ist ein phasenverschobenes PWM-Signal für jeden der mehreren Kanäle der LED-Ketten, wie in 6 dargelegt ist.
  • Die beispielhafte Regelungsschleife in 5 kann zum Steuern der Ausgangsspannung des CC-Ausgangs an den LED-Ketten verwendet werden. Die CC-Ausgangsspannung (VO3 in 3) wird durch Minimieren des Spannungsabfalls über die Stromquellen geregelt. Diese Konfiguration kann eine höhere PWM-Frequenz ermöglichen, da die Stromquellen 516(1), 516(2),... 516(m) sehr kurze Einstellzeiten unterstützen. Die Spannungsabfälle an den Stromquellen 516(1), 516(2),... 516(m) während der Ein-Zeit der PWM-Schalter 514(1), 514(2),... 514(m) können durch in Durchlassrichtung vorgespannte Dioden 512(1), 512(2),... 512(m) mit dem positiven Eingang 511 des Transkonduktanzverstärkers 520 gekoppelt sein. Während der Aus-Zeit der PWM-Schalter 514(1), 514(2),... 514(m) und wenn die Stromquellen 516(1), 516(2),... 516(m) nicht leitend sind, kann der positive Eingang 511 des Verstärkers 520 über einen Widerstand 522 auf die Versorgungsspannung VBP 525 hochgezogen werden. Der Verstärker 520 in 5 ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle, die die niedrigste Spannung an den Stromquellen mit einer vorbestimmten VRef 521 vergleichen kann. Wenn ein PWM-Signal 531 High ist und ein Schalter 530, die PWM-Schalter 514(1), 514(2),... 514(m), und die Stromquellen 516(1), 516(2) ,... 516(m) leitend sind, gibt der Transkonduktanzverstärker 520 einen Strom proportional zu einer Spannungsdifferenz an seinem positiven Eingang 511 und die VRef 521 an dem negativen Eingang in den Kondensator 535 aus. Die Spannung an dem Kondensator 535 wird als Referenzspannung für das Rückführungssignal des Konstantstromausgangs (FB 355 in 3) zum Regeln des Spannungsabfalls an dem Konstantstromausgang VO3 351 in 3 in einer geschlossenen Schleife verwendet.
  • Bei einem Beispiel können phasenverschobene PWM-Impulse für mehrere parallelgeschaltete LED-Ketten an dem CC-Ausgang zum Erhalten eines gleichförmigeren Ausgangslichts der LED-Ketten mit verringertem Flimmern/Flackern verwendet werden. Bei dem Beispiel wird dies durch einen stärker zeitverteilten Leistungsbedarf der LED-Ketten erreicht. Dadurch wird ein hörbares Rauschen verringert und wird die Effizienz verbessert. 6 zeigt ein Beispiel für phasenverschobene digitale PWM-Steuerimpulse für Vierkanal-LED-Ketten mit deren relativer Zeitsteuerung auf einer Zeitachse 610 für eine Konstantstrom-Ausgangslast bei einer phasenverschobenen Vierkanal-PWM-Operation. Die obere Wellenform PWM-IN zeigt das ankommende Signal, und die PWM1 - bis PWM4-Wellenformen zeigen die phasenverschobenen PWM-Signale für die vier Stromquellen. Bei einem Beispiel zeigen diese Wellenformen phasenverschobene PWM-Impulse, die für eine digitale Stromsteuerung von vier Ketten von LED-Lasten, die an dem CC-Ausgang parallelgeschaltet sind, erzeugt werden. Ein Niederfrequenz- (z. B. einige 10 Hz) Eingangs-PWM, PWM-IN 620, wird mit einer Periode TPWM 602, einer hohen Dauer 622 und einer niedrigen Dauer 624 erzeugt. Bei einem Beispiel wird die erste Kette von LEDs mittels PWM1 630 gesteuert, wobei eine hohe Dauer 632 und eine niedrige Dauer 634 gleichphasig mit dem Eingangs-PWM-Signal sind (d. h. null Phasenverschiebung). Die anderen drei LED-Ketten werden mittels Signalen PWM2 640, PWM 650, und PWM4 660 gesteuert, die während jeder PWM-Periode im Vergleich zueinander symmetrisch verschoben (oder verzögert) werden.
  • Mit anderen Worten würde die erste LED-Kette während eines High-Signals 632 eingeschaltet sein. Die zweite LED-Kette würde während eines High-Signals 632 mit ¼-TPWM-Verzögerung (oder Verschiebung) zu der ersten Kette (PWM1-Steuersignal 630) EIN sein. Die dritte LED-Kette geht während des High-Signals 652 mit ¼-TPWM-Verzögerung (oder Verschiebung) zu der zweiten Kette (PWM2-Steuersignal 640) auf EIN, und die vierte Kette schaltet sich mit einer ¼-TPWM-Verzögeung (oder Verschiebung) zu der dritten LED-Kette ein (PWM3-Steuersignal 650). Obwohl die PWM-Frequenz ziemlich niedrig ist (z. B. 100 Hz bis zu einigen zehn kHz) und die Ein-Dauer (High-Signal) ziemlich kurz ist, führt die vierkanalige symmetrische Verteilung von PWM-Steuerimpulsen während jeder PWM-Periode (TPWM) zu einer gleichförmigen Verteilung von Licht (z. B. bei der Hinterleuchtungsanwendung eines Monitors oder TV).
  • 7 zeigt einige der Signalwellenformen für die Konstantstromausgangskopplung mit Ketten von LEDs mit einer gleichphasigen digitalen PWM-Steuerung einer Stromregelung in jeder Kette. Die horizontale Achse 710 ist die Zeit, und die vertikale Achse stellt einige Steuersignale dar, die mit ihrer relativen Zeitsteuerung präsentiert werden. Die obere Wellenform 720 zeigt die Spannungswelligkeitsveränderung an dem Konstantstrom-CC-Ausgang an den LED-Ketten (LED-Ausgang) bei Normalbetrieb mit einer festen LED-Last. Während jeder Welligkeitsperiode 721 zeigt das ansteigende Intervall 723 eine Leistungslieferung zu dem CC-Ausgang an und ist das abfallende Intervall 725 die Entladungsdauer an der CC-Ausgangs-Kapazität (CO3 354 in 3). Die Spitze des Anstiegs 724 wird von der maximal zulässigen Spannung an dem CC-Ausgang definiert, und der starke Spannungsabfall, Punkt 722, sollte innerhalb einer Spanne oberhalb des zulässigen Spannungsabfalls jeder LED-Kette bleiben.
  • Das zweite Diagramm PWM 730 zeigt gleichphasige PWM-Impulse für sämtliche Ketten mit einem logischen High 732 und einem logischen Low 734, die ein gleichzeitiges Dimmen an sämtliche LED-Ketten steuern können.
  • Die dritte grafische Darstellung 740 zeigt Sekundär-Anforderungsimpulse (Anf. 347 in 3) von dem Mehrfachausgangs-Steuerblock (340 in 3) zu dem Sekundär-Steuerblock (336 in 3). Diese Sekundär-Anforderungsimpulse können von jedem der mehreren CV- oder CC-Ausgänge initiiert werden. Der Sekundär-Anforderungsimpuls und die Leistungsnachfrage von dem CC-Ausgang zu den LED-Ketten können von dem LED-Ausgang-Wirksammachung-Impuls in der grafischen Darstellung 750, der auf einem logischen High, ist unterschieden werden (z. B. 751, 753 oder 755), wenn die sekundäre Anforderung (z. B. 741, 743 oder 745) auf High geht. Einige der anderen Anforderungsimpulse zielen auf die CV-Ausgänge ab. Diese Impulse können unterschieden werden (z. B. 742, 744 und so weiter), wenn der LED-Ausgang-Wirksammachung-Impuls für diese Anforderungsimpulse auf Low ist (z. B. 752, 754 und so weiter).
  • 8A und 8B stellen einen sehr einfachen Verlauf für einen beispielhaften Prozess von Hold-off-Zeit-Änderungen versus Zustandsänderungen während einer graduellen Last- oder Leitungsänderung dar. In 8A stellt die horizontale Zeitachse 810 eine erweiterte gestrichelte Zeitskala für unterschiedliche Ansteuerungsimpulse des Primär-Leistungsschalters, auf der vertikalen Achse 820 für unterschiedliche Last- oder Leitungsbedingungen dar. Jeder Ansteuerungsimpuls variiert in der Aus-Zeit (und folglich in der Schaltfrequenz) für eine unterschiedliche Last- oder Leitungsbedingung, und der Leistungswandler erfährt eine Änderung hin zu einem anderen Betriebszustand, wie in 8B dargestellt ist. Mit anderen Worten variiert die Zeitdauer, während der der Primärschalter einem Hold-off unterzogen wird, (d. h. die Hold-off-Zeit) bei jeder Zustandsänderung in Reaktion auf graduelle Last- oder Leitungsänderungen. Bei einem Beispiel kann der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock (z. B. 420 von 4) eine digitale Verarbeitung zum Implementieren der Zustandsänderungen zwecks Variierens der Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion auf die graduellen Ladungs- oder Leitungsänderungen umfassen.
  • Es sei daraufhingewiesen, dass eine feste Ein-Zeit-Steuerung verwendet werden kann, wenn die Ein-Zeit für sämtliche Schaltansteuerungsimpulse in sämtlichen Betriebszuständen/-modi konstant bleibt, jedoch die Aus-Zeit in jedem Zustand durch eine Lastverringerung erhöht wird, um die Schaltperiode zu erhöhen und die Schaltfrequenz zu verringern, wenn die Last in Richtung niedriger Lasten variiert: Tein [ 0 ] = Tein [ 1 ] = Tein [ 2 ] = … = Tein [ i ] = … = Tein [ k − 1 ] = Tein [ k ] = T e i n
    Figure DE102017221668A1_0001
     Taus [ 0 ] < Taus [ 1 ] < Taus [ 2 ] < … < Taus [ i ] < … < Taus [ k − 1 ] < Taus [ k ] .
    Figure DE102017221668A1_0002
  • Daher ist die Ein-Zeit, Tein, für jeden Zustand von Zustand [0] 851 bis Zustand [k] 855 fest.
  • Die Aus-Zeit, Taus, variiert jedoch oder erhöht sich von Zustand [0] 851 zu Zustand [k] 855.
  • Wie in dem in 8B dargestellten Beispiel gezeigt ist, kann der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock (z. B. 420 in 4) die Vielzahl von Zuständen [0-k] durchlaufen, um den Betriebszustand von Zustand [0] 851 durch Link 861 zu Zustand [1] 852 und durch Link 862 zu Zustand [2] 853 zu ändern, wenn die Last abnimmt. Schließlich kann nach einigen weiteren Zuständen, die von dem gestrichelten Link 863 dargestellt sind, der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock den Betriebszustand auf Zustand [k-1] 854 und durch Link 864 zu einem endgültigen Zustand [k] 855 für eine Minimallast ändern. Wenn sich die Last wieder von der Minimallast im Zustand [k] 855 auf eine Maximallast in Zustand [0] 851 erhöht, kann der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock diesen Prozess durch die Rücklauflinks 874, 873, 872 und 871 zurück zu Zustand [0] 851 umkehren.
  • In 8A zeigen als Beispiel für solche erforderlichen Schaltfrequenzveränderungen die symbolischen Schaltzyklen eine feste Ein-Zeit Tein (841, 842, 843, 844 und 845) und unterschiedliche/variierende Aus-Zeiten Taus[0] 831, Taus[1] 832, Taus[2] 833,... Taus[k-1] 834 und Taus[k] 835, was jeweils zu variierenden Perioden Tsw[0] 821, Tsw[1] 822, Tsw[2] 823,... Tsw[k-1] 824 und Tsw[k] 825, führt.
  • 9 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Prozesses, den der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock zum Einstellen des Zustands [i] durchführen kann, wie in 8B beschrieben ist, um die Hold-off-Zeit-Auswahl zu variieren und eine adaptive Regelung bei Normalbetrieb zu bieten. Wie oben erläutert worden ist, regelt das CV-/CC-Ausgangsregelungsmodul die ankommende Anforderung/Nachfrage nach Leistung durch den Rückführungsstift jedes Mehrfachausgangs, die in einem Regelungsmodul verarbeitet wird, das einen einzelnen Anforderungssignalausgang für den Leistungsschalter bereitstellt. Die Auswahl des nächsten Ausgangs zum Empfangen des Leistungsimpulses kann mittels eines Ausgangsplanungs-Steuerblocks (z. B. 2A und 2B) erfolgen. Die Hold-off-Zeit, die für eine adaptive Regelung bei Normalbetrieb verwendet wird, kann für einen Konstantspannungs-CV-Ausgang, Konstantstrom-CC-Ausgang oder kann in einem Mehrfachausgangs-Wandler mit einer unabhängigen CV- oder CC-Regelung jedes Ausgangs verwendet werden.
  • Bei einem Einfachausgangs-Wandler kann ein Ausgangsregelungsmodul (z. B. Sekundär-Controller) den CV- oder CC-Ausgang auf der Basis der ankommenden Anforderung (oder Nachfrage) nach Leistung über das FB-Signal regeln. Bei einem Mehrfachausgangs-Wandler gibt es andererseits, wie oben erläutert worden ist, ein zusätzliches/drittes Steuermodul der Mehrfachausgangs-Regelung (z. B. 340 in 3), das die Anforderung oder Nachfrage nach Leistung aus jedem Ausgang durch jeden FB-Stift empfängt. Die FB-Informationen können von dem dazugehörigen Komparator in dem Mehrfachausgangs-Signalprozessmodul (z. B. 420 in 4) verarbeitet werden, um ein Anforderungssignal (z. B. Anf. 447 in 4) für das Sekundär-Steuermodul (z. B. 336 in 3) bereitzustellen, das den Einschaltbefehl für den Primär-Leistungsschalter initiiert.
  • Das zusammenfassende Ablaufdiagramm in 9 zeigt die Zustandsänderungen auf der Basis von unterschiedlichen Lastbedingungen. Nach dem Startpunkt 901 und Block 903 kann der vorgegebene Zustand [i] jede Anzahl von Zuständen von einem Minimum von „0“ bis zu einem Maximum von „k“ Zustandsschritten sein. Der Prozess geht über Link 905 zu Bedingungsblock 910 weiter, um zu verifizieren, ob das Anforderungssignal von dem Mehrfachausgangs-Signalprozessblock vor Ablauf der primären Aus-Zeit ausgelöst worden ist. Wenn die Aus-Zeit vor dem Auslösen des Wirksammachung-Signals abgelaufen ist, oder bei einer Option „NEIN“ 914 wird in Bedingungsblock 930 bestimmt, ob der Zustandsindex „i“ < Max Index „k“ ist. Mit anderen Worten wird geprüft, ob der Zustand den maximalen Zustand „k“ noch nicht erreicht hat. Wenn die Antwort „Ja“ 932 ist und der aktuelle Zustand immer noch kleiner ist als der maximale Zustand „k“, dann wäre der nächste Schritt das Erhöhen des Zustands von [i] auf [i+1], wodurch die Hold-off-Zeit des Primärschalters aufgrund einer abnehmenden Last erhöht wird, bis eine Minimallast erreicht ist, wenn der Index i=k ist. Andernfalls zeigt dann, wenn die Antwort „Nein“ 934 ist und der Zustand bereits den maximal möglichen Zustand erreicht hat, der Block 970 an, dass er in einem Zustand [Max Index = „k“] bleiben würde. Entweder nach dem Erhöhen/Anheben des Zustands auf einen höheren Zustand oder bei Verbleiben bei dem Maximalzustand kehrt die Schleife über Link 955 zu dem Start-Prüfpunkt 904 auf Link 905 zurück und wird der Prozess wiederholt.
  • Andererseits wird ausgehend von dem Bedingungsblock 910 dann, wenn die Anforderung nach Ablauf der Primär-Aus-Zeit ausgelöst wird (Link „Ja“ 912), in dem nächsten Bedingungsblock 920, in dem bestimmt wird, ob der Zustandsindex i>0 ist, verifiziert, ob der Zustandsindex größer ist als 0 oder nicht. Wenn die Antwort „Nein“ 924 ist und der Zustand immer noch 0 ist, dann bleibt die Verarbeitung bei Zustand [0] (Block 960). Wenn die Antwort „Ja“ 922 ist und der Zustandsindex größer als 0 ist, dann wird in dem nächsten Schrittblock 940 der Zustand von [i] auf [i-1] heruntergezogen, wodurch die Hold-off-Zeit des Primärschalters aufgrund einer steigenden Last sinkt, bis eine Maximallast erreicht ist, wenn der Index i=0 ist. Entweder nach dem Halten des Zustands bei 0 (Minimalzustand) oder Verringern/Herunterziehen des Zustands auf einen niedrigeren Zustand kehrt die Schleife durch Link 945 zu dem Start-Prüfpunkt 904 auf Link 905 zurück und wird wiederholt.
  • Mit anderen Worten könnte der Schluss gezogen werden, dass dann, wenn das Primärschalter-Wirksammachung-Signal vor Ablauf der Hold-off-Zeit ausgelöst wird, der Betriebszustand in Richtung des Minimalzustands [0] heruntergezogen werden sollte; ODER wenn das Primärschalter-Wirksammachung-Signal nach Ablauf der Hold-off-Zeit ausgelöst wird, sollte der Betriebszustand in Richtung des Maximalzustands [k] hochgezogen werden.
  • 10 stellt im Vergleich zu 8A und 8B und dem Ablaufdiagramm von 9 ein(e) zweite(s)/weitere(s) Beispiel/Ausführungsform einer digital gesteuerten Hold-off-Zeit-Prozesssteuerung dar, die der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock durchführen kann, um die Hold-off-Zeiten des Primärschalters in Reaktion auf eine Laständerung in jedem beliebigen Ausgang eines Mehrfachausgangs-Wandlers mit einer unabhängigen CC-/CV-Steuerung zu variieren, gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
  • Beim Start 1001 und durch Link 1002 bestimmt ein Bedingungsblock 1005, ob ein Sekundärwicklung mit dem Entladen begonnen hat (Übertragen der Energie, die während der Ein-Zeit des Primär-Leistungsschalters in dem Zeilentransformator gespeichert war, zu dem Ausgang). Beispielsweise kann bei einem Beispiel der Start einer Sekundärwicklungs-Entladung durch die Detektion eines Entladungsbedingungssignals an dem FWD-Anschluss (z. B. 323 in 3) bestimmt werden, der bei einem Beispiel durch das Widerstandselement 322 mit der Rücklaufleitung der Sekundärwicklungen gekoppelt ist. Wenn keine Sekundärwicklungs-Entladung begonnen hat (Nein 1008), dann kehrt die Verarbeitung in einer Schleife zum Startpunkt zurück und wartet auf den Beginn einer Sekundärwicklungs-Entladung. Andererseits wird dann, wenn eine Sekundärwicklungs-Entladung begonnen hat (Ja 1006), das digitale Hold-off-Signal in Block 1010 auf ein logisches High gesetzt (d. h. Hold-off= 1) und wird ein Zeitgeber zurückgesetzt. Der Ausgang 1012 von Block 1010 geht dann zu Bedingungsblock 1015 weiter, der bestimmt, ob es eine Detektion einer transienten Bedingung (z. B. eine Detektion einer Änderung der Last- oder Leitungsbedingung) gibt. Wenn eine Änderung der Last oder Leitung detektiert worden ist (Ja 1017), dann wird das digitale Signal des Hold-off-Signals in Block 1025 auf ein logischen Low gesetzt (d. h. Hold-off= 0). Dann geht durch Link 1026 die Verarbeitung zu dem abschließenden Block 1060 weiter, in dem ein Ziel-Hold-off-Zeitwert auf einen ersten Wert gesetzt wird, der eine Funktion des Zeitgebers ist (d. h. Ziel = f(Zeitgeber)), und kehrt die Verarbeitung in einer Schleife durch Link 1003 zu dem Startpunkt 1002 zurück.
  • In Bedingungsblock 1015 geht dann, wenn keine Änderung der Last detektiert wird (z. B. keine transiente Lastbedingung detektiert wird), die Verarbeitung durch Nein 1018 zu Bedingungsblock 1020 weiter, in dem geprüft wird, ob der Zeitgeber bereits den Ziel-Zeitwert erreicht hat. Wenn der Zeitgeber den Ziel-Hold-off-Zeitwert noch nicht erreicht hat (Nein 1024), dann kehrt die Verarbeitung in einer Schleife zu Knoten 1012 zurück, um erneut zu prüfen, ob eine Änderung der Last in Bedingungsblock 1015 detektiert wird und ob der Zeitgeber den Ziel-Hold-off-Zeitwert in Bedingungsblock 1020 erreicht hat. Andererseits wird dann, wenn der Zeitgeberwert den Ziel-Hold-off-Zeitwert erreicht (Ja 1022), bevor eine Änderung der Last in Bedingungsblock 1015 detektiert wird, das Hold-off-Zeitsignal in dem nächsten Schritt auf null gesetzt, Block 1030. Auf Block 1030 folgt ein weiterer Bedingungsblock 1040 zum Verifizieren, ob die vorherige Anforderung noch aussteht oder abgelaufen ist. Wenn die vorherige Anforderung noch aussteht (Ja 1044), wird der Ziel-Hold-off-Zeitwert auf einen zweiten Wert gesetzt, der eine Funktion des Zeitgebers ist (d. h. Ziel = f(Zeitgeber)) und kehrt die Verarbeitung in einer Schleife durch Link 1003 zu dem Startpunkt 1002 zurück.
  • Wenn jedoch die vorherige Schaltanforderung abgelaufen ist und nicht mehr aussteht (Nein 1042), dann wird in Bedingungsblock 1050 geprüft, ob die neue Anforderung empfangen worden ist. Wenn die neue Anforderung noch nicht empfangen worden ist (Nein 1054), kehrt die Verarbeitung in einer Schleife zu Bedingungsblock 1050 zurück, um auf den Empfang einer neuen Anforderung zu warten (Ja 1052), um zu dem abschließenden Block 1060 weiterzugehen, in dem der Ziel-Hold-off-Zeitwert auf einen dritten Wert gesetzt wird, der eine Funktion des Zeitgebers ist (d. h. Ziel = f(Zeitgeber)), und kehrt die Verarbeitung in einer Schleife durch Link 1003 zu dem Startpunkt 1002 zurück.
  • Die vorstehende Beschreibung von dargestellten beispielhaften Ausführungsformen, einschließlich der Beschreibung in der Zusammenfassung, darf nicht als allumfassend oder als Einschränkung auf genau die offengelegten Formen und Strukturen verstanden werden. Obwohl spezifische Ausführungsformen und Beispiele des Gegenstands, der hier beschrieben worden ist, nur zu Erläuterungszwecken dienen, sind verschiedene äquivalente Modifikationen möglich, ohne dass dadurch vom weitgefassten Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Vielmehr sei daraufhingewiesen, dass die spezifischen beispielhaften Ströme, Spannungen, Widerstände, Vorrichtungsgrößen etc. nur zu Erläuterungszwecken vorgesehen sind und dass bei anderen Ausführungsformen und Beispielen andere Wert gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden können.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in den beiliegenden Patentansprüchen definiert ist, versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch (alternativ) gemäß den folgenden Ausführungsformen definiert sein kann:
    1. 1. Leistungswandler, umfassend:
      • eine einzelne Magnetkomponente, die eine Primärwicklung, welche mit einem Eingang des Leistungswandlers gekoppelt ist, und mehrere Ausgangswicklungen aufweist, wobei jede der mehreren Ausgangswicklungen so gekoppelt ist, dass sie einen unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgang bereitstellt in Reaktion auf Rückführungssignale, die aus jedem der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge, welche Leistung nachfragen, empfangen werden, wobei die mehreren Ausgangswicklungen zusammen mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung für sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge elektrisch in Reihe geschaltet sind;
      • wobei die geregelten Ausgänge so gekoppelt sind, dass sie Konstantstromlasten oder Konstantspannungslasten oder sowohl Konstantstromlasten als auch Konstantspannungslasten unabhängig regeln;
      • einen primärseitigen Leistungsschalter, der mit der Primärwicklung der einzelnen Magnetkomponente gekoppelt ist;
      • einen Primärschalter-Steuerblock, der so gekoppelt ist, dass er den primärseitigen Leistungsschalter zum Übertragen von Leistungsimpulsen von einem Eingang des Leistungswandlers zu den mehreren Ausgangswicklungen steuert;
      • einen Synchron-Gleichrichterschalter, der mit der gemeinsamen Rücklaufleitung gekoppelt ist;
      • einen Sekundär-Steuerblock, der so gekoppelt ist, dass er den Synchron-Gleichrichterschalter zum Synchronisieren des Schaltens mit dem primärseitigen Leistungsschalter zum Bewirken eines komplementären Leitens der Primärwicklung und der mehreren Ausgangswicklungen steuert; und
      • eine Vielzahl von gesteuerten Leistungsimpulsschaltern, die so mit den mehreren Ausgangswicklungen gekoppelt sind, dass die mehreren Ausgangswicklungen durch die Vielzahl von gesteuerten Leistungsimpulsschaltern mit den unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgängen gekoppelt sind, wobei eine Anforderung eines Leistungsimpulses aus jedem der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge durch den Sekundär-Steuerblock zu dem Primärschalter-Steuerblock übertragen wird, um den primärseitigen Leistungsschalter zum Übertragen des Leistungsimpulses zu den mehreren Ausgangswicklungen und durch die gesteuerten Leistungsimpulsschalter zu den unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgängen einzuschalten.
    2. 2. Leistungswandler nach Ausführungsform 1, wobei eine Konstantstromlast an einem CC-Ausgang mehrere parallelgeschaltete Leuchtdioden- (LED-) Ketten umfassen kann.
    3. 3. Leistungswandler nach Ausführungsform 1, wobei der Primärschalter-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er auf Primär-Masse referenziert ist, um das Schalten des primärseitigen Leistungsschalters zu steuern.
    4. 4. Leistungswandler nach Ausführungsform 3, wobei das Einschalten des primärseitigen Leistungsschalters in Reaktion auf das Empfangen der Anforderung des Leistungsimpulses aus dem Sekundär-Steuerblock erfolgt und wobei ein Ausschalten des primärseitigen Leistungsschalters auf der Basis einer Echtzeitmodulations- (real time modulation - RTM-) Maschine und des Erreichens einer Spitzenstromgrenze durch einen Primär-Stromimpuls bestimmt wird.
    5. 5. Leistungswandler nach Ausführungsform 4, wobei der Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er auf eine Sekundär-Masse referenziert ist, um den Synchron-Gleichrichterschalter, der mit der gemeinsamen Rücklaufleitung gekoppelt ist, anzusteuern.
    6. 6. Leistungswandler nach Ausführungsform 5, wobei der Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er Anforderungsimpulse durch einen Galvanische-Isolierung-Link zu dem Primärschalter-Steuerblock erzeugt.
    7. 7. Leistungswandler nach Ausführungsform 6, wobei der Galvanische-Isolierung-Link ein magnetischer/induktiver Link ist.
    8. 8. Leistungswandler nach Ausführungsform 6, wobei der Primärschalter-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er einen Schaltansteuerungsimpuls in Reaktion auf den Anforderungsimpuls aus dem Sekundär-Steuerblock erzeugt, und wobei der primärseitige Leistungsschalter in Reaktion auf eine Spitzenprimärstromgrenze, die von der RTM-Maschine definiert wird, ausgeschaltet wird (ähnlich wie Ausführungsform 4?).
    9. 9. Leistungswandler nach Ausführungsform 1, ferner umfassend:
      • einen Mehrfachausgangs-Steuerblock, der so gekoppelt ist, dass er sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge regelt, die in Reaktion auf jeweilige Rückführungssignale und Leistungsnachfragen so geregelt werden, dass sie eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom aufweisen, wobei der Mehrfachausgangs-Steuerblock einen Mehrfachausgangs-Signalprozess- und Schnittstellen-Steuerblock aufweist; und
      • einen Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock, der so gekoppelt ist, dass er eine Spannung an einem Konstantstromausgang, der mit LED-Ketten gekoppelt ist, steuert und einen Gesamtstrom in dem Konstantstromausgang regelt, und wobei der Stromaufteilungsblock ferner so gekoppelt ist, dass er Ströme in den LED-Ketten egalisiert.
    10. 10. Leistungswandler nach Ausführungsform 1, wobei der Primärschalter-Steuerblock und der Sekundär-Steuerblock in eine einzelne integrierte Schaltung integriert sind.
    11. 11. Leistungswandler nach Ausführungsform 1, wobei der Primärschalter-Steuerblock, der Sekundär-Steuerblock und der Mehrfachausgangs-Steuerblock alle in eine einzelne integrierte Schaltung integriert sind.
    12. 12. Leistungswandler nach Ausführungsform 11, wobei der Primär-Leistungsschalter entweder ein diskreter externer Leistungsschalter sein kann oder mit dem Primärschalter-Steuerblock, dem Sekundär-Steuerblock und dem Mehrfachausgangs-Steuerblock in eine einzelne integrierte Schaltung integriert sein kann.
    13. 13. Leistungswandler nach Ausführungsform 9, wobei der Stromaufteilungs-und Dimmsteuerblock den Strom durch Detektieren des Spannungsabfalls an Stromquellen regelt, die mit LED-Ketten gekoppelt sind, um einen CC-Ausgang auf der Basis eines minimalen Spannungsabfalls der LED-Ketten zu regeln.
    14. 14. Leistungswandler nach Ausführungsform 13, wobei der Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock eine Dimmfunktion der LED-Ketten mittels einer analogen linearen Steuerung des Stroms in jeder LED-Kette aufweist.
    15. 15. Leistungswandler nach Ausführungsform 14, wobei die Dimmfunktion der LED-Ketten ein PWM-Dimmen ist, das durch eine PWM-Steuerung von Schaltern, die mit Stromquellen in jeder LED-Kette in Reihe gekoppelt sind, durchgeführt wird.
    16. 16. Leistungswandler nach Ausführungsform 15, wobei das PWM-Dimmen mittels eines gleichphasigen Dimmens der LED-Ketten durchgeführt wird.
    17. 17. Leistungswandler nach Ausführungsform 15, wobei das PWM-Dimmen mittels eines phasenverschobenen Dimmens der LED-Ketten durchgeführt wird.
    18. 18. Leistungswandler nach Ausführungsform 9, wobei der Mehrfachausgangs-Steuerblock ferner eine Schnittstelle zu dem Sekundär-Steuerblock umfasst, die so gekoppelt ist, dass sie Signale in den Sekundär-Steuerblock einkoppelt und mit diesem austauscht, wobei die Schnittstelle zu dem Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass sie die Leistungsimpulsanforderung der mehreren Ausgänge aus dem Mehrfachausgangs-Signalprozessblock empfängt und ein Anforderungssignal zu dem Sekundär-Steuerblock überträgt, und wobei die Schnittstelle zu dem Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass sie ein Bestätigungssignal aus dem Sekundär-Steuerblock empfängt, das den Empfang eines Leistungsimpuls-Anforderungssignals bestätigt, und ferner so gekoppelt ist, dass sie ein Aktivierungssignal eines SR- und FWC-Signals empfängt, das zum Synchronisieren eines Schaltvorgangs an dem Primär- und dem Sekundärschalter zu dem Mehrfachausgangs-Steuerblock zu übertragen ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62428962 [0001]

Claims (26)

  1. Leistungswandler, umfassend: eine einzelne Magnetkomponente, die eine Primärwicklung, welche mit einem Eingang des Leistungswandlers gekoppelt ist, und mehrere Ausgangswicklungen aufweist, wobei jede der mehreren Ausgangswicklungen so gekoppelt ist, dass sie einen unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgang bereitstellt in Reaktion auf Rückführungssignale, die aus jedem der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge, welche Leistung nachfragen, empfangen werden, wobei die mehreren Ausgangswicklungen zusammen mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung für sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge elektrisch in Reihe geschaltet sind; wobei die geregelten Ausgänge so gekoppelt sind, dass sie Konstantstromausgänge oder Konstantspannungsausgänge oder sowohl Konstantstromlasten als auch Konstantspannungsausgänge unabhängig regeln; einen primärseitigen Leistungsschalter, der mit der Primärwicklung der einzelnen Magnetkomponente gekoppelt ist; einen Primärschalter-Steuerblock, der so gekoppelt ist, dass er den primärseitigen Leistungsschalter zum Übertragen von Leistungsimpulsen von einem Eingang des Leistungswandlers zu den mehreren Ausgangswicklungen steuert; einen Synchron-Gleichrichterschalter, der mit der gemeinsamen Rücklaufleitung gekoppelt ist, oder mehrere Synchron-Gleichrichterschalter, die mit einigen oder sämtlichen der Rücklaufleitungen der Ausgangswicklung gekoppelt sind; einen Sekundär-Steuerblock, der so gekoppelt ist, dass er den Synchron-Gleichrichterschalter zum Synchronisieren des Schaltens mit dem primärseitigen Leistungsschalter zum Bewirken eines komplementären Leitens der Primärwicklung und der mehreren Ausgangswicklungen steuert; und eine Vielzahl von gesteuerten Leistungsimpulsschaltern, die so mit den mehreren Ausgangswicklungen gekoppelt sind, dass die mehreren Ausgangswicklungen durch die Vielzahl von gesteuerten Leistungsimpulsschaltern mit den unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgängen gekoppelt sind, wobei eine Anforderung eines Leistungsimpulses aus jedem der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge durch den Sekundär-Steuerblock zu dem Primärschalter-Steuerblock übertragen wird, um den primärseitigen Leistungsschalter zum Übertragen des Leistungsimpulses zu den mehreren Ausgangswicklungen und durch gesteuerte Leistungsimpulsschalter zu den unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgängen einzuschalten.
  2. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die mehreren Ausgangswicklungen zusammen mit der gemeinsamen Rücklaufleitung für sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge elektrisch in Reihe geschaltet sind.
  3. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die mehreren Ausgangswicklungen in einer Kombination von Reihenwicklungen, Parallelwicklungen oder sowohl Reihen- als auch Parallelwicklungen gekoppelt sind.
  4. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei eine Konstantstromlast an einem Konstantstrom- (CC-) Ausgang mehrere parallelgeschaltete Leuchtdioden- (LED-) Ketten umfasst.
  5. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Primärschalter-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er auf Primär-Masse referenziert ist, um das Schalten des primärseitigen Leistungsschalters zu steuern.
  6. Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei das Einschalten des primärseitigen Leistungsschalters in Reaktion auf das Empfangen der Anforderung des Leistungsimpulses aus dem Sekundär-Steuerblock erfolgt und wobei ein Ausschalten des primärseitigen Leistungsschalters auf der Basis einer Rampenzeitmodulations- (RTM-) Maschine und des Erreichens einer Spitzenstromgrenze durch einen Primär-Stromimpuls bestimmt wird.
  7. Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei der Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er auf eine Sekundär-Masse referenziert ist, um den Synchron-Gleichrichterschalter, der mit der gemeinsamen Rücklaufleitung gekoppelt ist, anzusteuern.
  8. Leistungswandler nach Anspruch 7, wobei der Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er Anforderungsimpulse durch ein Galvanische-Isolierung-Link zu dem Primärschalter-Steuerblock erzeugt.
  9. Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei der Galvanische-Isolierung-Link ein magnetischer/induktiver Link ist.
  10. Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei der Primärschalter-Steuerblock so gekoppelt ist, dass er einen Schaltansteuerungsimpuls in Reaktion auf den Anforderungsimpuls, der aus dem Sekundär-Steuerblock empfangen wird, erzeugt.
  11. Leistungswandler nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Mehrfachausgangs-Steuerblock,der so gekoppelt ist, dass er sämtliche der unabhängig gesteuerten und geregelten Ausgänge regelt, die in Reaktion auf jeweilige Rückführungssignale und Leistungsnachfragen so geregelt werden, dass sie eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom aufweisen, wobei der Mehrfachausgangs-Steuerblock einen Mehrfachausgangs-Signalprozess- und Schnittstellen-Steuerblock aufweist.
  12. Leistungswandler nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Stromaufteilungs-und Dimmsleuerblock, der so gekoppelt ist, dass er eine Spannung an einem Konstantstromausgang, der mit LED-Ketten gekoppelt ist, steuert und einen Gesamtstrom in dem Konstantstromausgang regelt, und wobei der Stromaufteilungsblock ferner so gekoppelt ist, dass er Ströme in den LED-Ketten egalisiert.
  13. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Primärschalter-Steuerblock und der Sekundär-Steuerblock in eine einzelne integrierte Schaltung integriert sind.
  14. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Primärschalter-Steuerblock, der Sekundär-Steuerblock und der Mehrfachausgangs-Steuerblock in eine einzelne integrierte Schaltung integriert sind.
  15. Leistungswandler nach Anspruch 14, wobei der Primär-Leistungsschalter entweder ein diskreter externer Leistungsschalter sein kann oder mit dem Primärschalter-Steuerblock, dem Sekundär-Steuerblock und dem Mehrfachausgangs-Steuerblock in eine einzelne integrierte Schaltung integriert sein kann.
  16. Leistungswandler nach Anspruch 12, wobei der Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock die Spannung an Anoden der LED-Ketten regelt, um zum genauen Steuern der Ströme in den LED-Ketten eine ausreichende Spannung über die Stromquellen bereitzustellen.
  17. Leistungswandler nach Anspruch 16, wobei der Stromaufteilungs- und Dimmsleuerblock eine Dimmfunktion der LED-Ketten mittels einer analogen linearen Steuerung des Stroms in jeder LED-Kette aufweist.
  18. Leistungswandler nach Anspruch 16, wobei der Stromaufteilungs- und Dimmsteuerblock eine Dimmfunktion der LED-Ketten aufweist, die ein PWM-Dimmen umfasst, das durch eine PWM-Steuerung von Schaltern, die mit Stromquellen in jeder LED-Kette in Reihe gekoppelt sind, durchgeführt wird.
  19. Leistungswandler nach Anspruch 18, wobei das PWM-Dimmen mittels eines gleichphasigen Dimmens der LED-Ketten durchgeführt wird.
  20. Leistungswandler nach Anspruch 18, wobei das PWM-Dimmen mittels eines phasenverschobenen Dimmens der LED-Ketten durchgeführt wird.
  21. Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei der Mehrfachausgangs-Steuerblock ferner umfasst: eine Schnittstelle zu dem Sekundär-Steuerblock, die so gekoppelt ist, dass sie Signale in den Sekundär-Steuerblock einkoppelt und mit diesem austauscht; und einen Mehrfachausgangs-Signalprozessblock, der so gekoppelt ist, dass er mit der Schnittstelle zu dem Sekundär-Steuerblock gekoppelt ist, wobei die Schnittstelle zu dem Sekundär-Steuerblock so gekoppelt ist, dass sie die Leistungsimpulsanforderung der mehreren Ausgänge aus dem Mehrfachausgangs-Signalprozessblock empfängt und ein Anforderungssignal zu dem Sekundär-Steuerblock überträgt, und wobei die Schnittstelle zu dem Sekundär-Sleuerblock so gekoppelt ist, dass sie ein Bestätigungssignal aus dem Sekundär-Steuerblock empfängt, das den Empfang eines Leistungsimpuls-Anforderungssignals bestätigt, und ferner so gekoppelt ist, dass sie ein Aktivierungssignal eines Synchron-Gleichrichter- (SR-) und eines Vorwärtssteuerungs- (FWC-) Signals empfängt, das zum Synchronisieren eines Schaltvorgangs an dem Primär- und dem Sekundärschalter zu dem Mehrfachausgangs-Steuerblock zu übertragen ist.
  22. Leistungswandler nach Anspruch 21, wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er eine Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion auf Laständerungen einstellt.
  23. Leistungswandler nach Anspruch 22, wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er die Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion auf eine erhöhte Last senkt, und wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er die Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion auf eine gesenkte Last erhöht.
  24. Leistungswandler nach Anspruch 23, wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er eine Vielzahl von Zuständen durchläuft zum Ändern der Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion auf die Laständerungen.
  25. Leistungswandler nach Anspruch 23, wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er die Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion darauf, dass das Anforderungssignal vor Ablauf einer Primär-Aus-Zeit ausgelöst wird, senkt, und wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er die Hold-off-Zeit des Primärschalters in Reaktion darauf, dass das Anforderungssignal nicht vor Ablauf der Primär-Aus-Zeit ausgelöst wird, erhöht.
  26. Leistungswandler nach Anspruch 23, wobei der Mehrfachausgangs-Signalprozessblock ferner so gekoppelt ist, dass er den Prozess wiederholt des: Setzens eines Hold-off-Signals auf High und Zurücksetzens eines Zeitgebers in Reaktion auf das Einschalten des Primärschalters; Setzens des Hold-off-Signals auf Low und Setzens eines Ziel-Hold-off-Zeitwerts gleich einem ersten Wert, der eine Funktion des Zeitgebers ist, wenn eine Änderung der Last detektiert wird, bevor der Zeitgeber den Ziel-Hold-off-Zeitwert erreicht; Setzens des Hold-off-Signals auf Low und Setzens des Ziel-Hold-off-Zeitwerts gleich einem zweiten Wert, der die Funktion des Zeitgebers ist, wenn keine Änderung der Last detektiert wird, der Zeitgeber den Ziel-Hold-off-Zeitwert erreicht hat, und es eine ausstehende Anforderung gibt; und Setzens des Hold-off-Signals auf Low und Setzens des Ziel-Hold-off-Zeitwerts gleich einem dritten Wert, der die Funktion des Zeitgebers ist, wenn: keine Änderung der Last detektiert wird, der Zeitgeber den Ziel-Hold-off-Zeitwert erreicht hat, es keine ausstehende Anforderung gibt, eine neue Anforderung ausgegeben worden ist.
DE102017221668.9A 2016-12-01 2017-12-01 Controller für Mehrfachausgangs-Einzelmagnetkomponenten-Wandler mit unabhängiger Regelung von Konstantstrom- und Konstantspannungsausgängen Pending DE102017221668A1 (de)

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US201662428962P 2016-12-01 2016-12-01
US62/428,962 2016-12-01
US15/607,075 2017-05-26
US15/607,075 US10277136B2 (en) 2016-12-01 2017-05-26 Controller for multi-output single magnetic component converter with independent regulation of constant current and constant voltage outputs

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DE102017221668.9A Pending DE102017221668A1 (de) 2016-12-01 2017-12-01 Controller für Mehrfachausgangs-Einzelmagnetkomponenten-Wandler mit unabhängiger Regelung von Konstantstrom- und Konstantspannungsausgängen

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017223405A1 (de) * 2017-10-06 2019-04-11 Tridonic Gmbh & Co Kg Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel

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DE102017223405A1 (de) * 2017-10-06 2019-04-11 Tridonic Gmbh & Co Kg Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel

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