DE102018100709A1

DE102018100709A1 - Leistungswandler-Steuerung, Leistungswandler und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102018100709A1
Application number: DE102018100709.4A
Authority: DE
Inventors: Marcus Schaemann; Tiam Poh LAU
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2019-07-18
Also published as: US20190222125A1; US10637359B2

Abstract

Leistungswandler-Steuerungen, Leistungswandler und entsprechende Verfahren sind bereitgestellt. Eine Leistungswandler-Steuerung kann einen ersten Eingang zum Empfangen einer Angabe eines Ausgangssignals des Leistungswandlers und einen zweiten Eingang, der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, aufweisen. Ein Regelkreis der Leistungswandler-Steuerung (10) steuert einen primärseitigen Schalter des Leistungswandlers, basierend auf der Versorgungsspannung und der Angabe.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Leistungswandler-Steuerungen, Leistungswandler und entsprechende Verfahren.
HINTERGRUND
Leistungswandler werden verwendet, um elektrische Eingangsleistung in eine Ausgangsleistung umzuwandeln, und sie werden beispielsweise häufig in Netzteilen verwendet, um Spannung und/oder Strom für ein bestimmtes Gerät zu erzeugen, basierend auf einer extern zugeführten Leistung, beispielsweise Netzstrom. Leistungswandler können beispielsweise Spannungswandler sein, die eine Eingangsspannung in eine oder mehrere Ausgangsspannungen umwandeln, die auf einen oder mehrere vorher definierte Spannungspegel geregelt sein können.
Spannungsregler umfassen AC-DC- (Wechselstrom/Gleichstrom-) Wandler, DC-DC-Wandler oder DC-AC-Wandler. Eine Kategorie solcher Spannungsregler umfasst Schaltnetzteile (SMPS; switched mode power supply). Ein SMPS nutzt kontrolliertes Laden und Entladen einer Spule oder eines Transformators, indem eine oder mehrere Schalter mit einer Schaltfrequenz betrieben werden, und ist eine effiziente Möglichkeit, Leistung umzuwandeln. Beispiele für SMPS umfassen Abwärtswandler, Aufwärtswandler, Sperrwandler oder Resonanzwandler wie LLC- (Spule-Spule-Kondensator-) Wandler.
In manchen Anwendungen müssen sich Leistungswandler für den Betrieb unter unterschiedlichen Lastbedingungen eignen, die von einer hohen Last zu einer geringen Last reichen, wo sehr wenig oder keine Leistung erforderlich ist. Beispielsweise können in Beleuchtungsanwendungen wie Netzteilen für Anordnungen von Licht emittierenden Dioden (LED) Lichtquellen wie LEDs dimmbar sein. In solchen Fällen kann die Lichtleistung im Wesentlichen kontinuierlich zwischen einer vollen Lichtleistung (hellste Betriebsstufe) und keiner Lichtleistung (ausgeschalteter Zustand, dunkel) geregelt sein. In solchen Anwendungen kann die erforderliche Ausgangsleistung kontinuierlich zwischen einer vollen Ausgangsleistung und Null variieren.
Um eine erforderliche Ausgangsleistung, beispielsweise Ausgangsspannung, bereitzustellen, wird normalerweise eine Rückkopplungsschleife verwendet, die eine Angabe des Ausgangssignals an eine Steuerung des Netzteils bereitstellt. Dies garantiert, dass beispielsweise die Spannung für eine Lichtquellenanordnung wie z. B. eine LED-Anordnung unter allen Lastbedingungen stabil ist und einer für die Lichtquellenanordnung erforderlichen Spannung entspricht.
In manchen Anwendungen müssen neben einer variablen Last wie einer Lichtquellenanordnung andere Lasten durch das Netzteil versorgt werden, wie z. B. Sensoren oder Kommunikationsvorrichtungen, z. B. für die Bluetooth-Kommunikation, ZigBee-Kommunikation oder Wi-Fi-Kommunikation. Eine unkomplizierte Weise, Leistung für solche anderen Lasten bereitzustellen, ist es, eine Vielzahl von Netzteilen bereitzustellen. Jedoch ist dies eine kostenintensive Lösung und daher kann es wünschenswert sein, verschiedenen Lasten ein einziges Netzteil bereitzustellen. Eine Art, dies zu tun, ist es, einen Leistungswandlertyp zu verwenden, der eine Vielzahl von Ausgängen unterstützt, beispielsweise einen Sperrwandler mit einer Vielzahl von Sekundärwicklungen. Das Windungsverhältnis der jeweiligen Wicklungen bestimmt ein Spannungsverhältnis zwischen den verschiedenen Ausgängen und einer Eingangsspannung. Zur einfacheren Erklärbarkeit sei ein Ausgang des Leistungswandlers, mit dem eine Hauptlast (beispielsweise eine Lichtquellen-Anordnung) verbunden ist, als Hauptausgang bezeichnet, während ein Ausgang, der mit anderen Lasten verbunden ist, hierin als Hilfsausgang bezeichnet sein soll.
In manchen Implementierungen wird nur der Hauptausgang basierend auf einem Rückkopplungssignal wie oben erläutert geregelt. In solch einem Fall erfordert der Hauptausgang, wenn die an den Hauptausgang gekoppelte Last sinkt, beispielsweise wenn eine Lichtquellenanordnung ausgeschaltet wird, nur minimale Leistung. Wenn eine Last an dem Hilfsausgang während dieser Zeit hoch ist, kann die durchschnittliche Spannung, die an dem Hilfsausgang bereitgestellt wird, zu niedrig absinken und die Welligkeiten der Spannung des Hilfsausgangs können zu hoch werden, was unerwünscht ist.
Neben dem Bereitstellen eines separaten Netzteils ist ein gängiger Ansatz, um bei diesem Problem Abhilfe zu schaffen, das Verwenden einer Vielzahl von Rückkopplungssignalen, eines von jedem Ausgang und das Kombinieren der Rückkopplungen zu einem einzigen Rückkopplungssignal, das dann zur Regelung verwendet wird. Während dies in manchen Anwendungen eine gute Regelung aller geregelten Ausgänge garantiert, ist die Systemoptimierung, um beide Rückkopplungssignale zu verbinden, kompliziert, um eine stabile Gesamtregelung zu gewährleisten. Darüber hinaus kann es schwierig sein, eine Isolierung (galvanische Trennung zwischen der Ausgangsseite und der Eingangsseite des Netzteils) für alle Rückkopplungssignale bereitzustellen und die Anzahl an Komponenten, die erforderlich sind, um eine solche Lösung zu implementieren kann hoch sein, was einen Kostenanstieg verursacht. Auch andere gängige Lösungen können ihre Nachteile haben.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform ist eine Leistungswandler-Steuerung bereitgestellt, umfassend:

einen ersten Eingang, der konfiguriert ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen,
einen zweiten Eingang, der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, und
einen Regelkreis, der konfiguriert ist, um mit Leistung durch die Versorgungsspannung versorgt zu werden, und der konfiguriert ist, um:
- - Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters des Leistungswandlers, basierend auf der Angabe und der Versorgungsspannung, zu bestimmen und
- - den primärseitigen Schalter basierend auf der bestimmten Burstzeitdauer zu steuern.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Leistungswandler-Steuerung bereitgestellt, umfassend:

einen ersten Einfang, der konfiguriert ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen,
einen zweiten Eingang, der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, und
einen Regelkreis, der konfiguriert ist, um mit Leistung durch die Versorgungsspannung versorgt zu werden, und der konfiguriert ist, um:
- - eine Burstlänge eines primärseitigen Schalters eines Leistungswandlers basierend auf der Angabe des Ausgangssignals zu bestimmen,
- - die Burstlänge basierend auf der Versorgungsspannung selektiv zu verlängern, und
- - ein Burstmodus-Steuersignal für den primärseitigen Schalter basierend auf der selektiv verlängerten Burstlänge zu erzeugen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist eine Leistungswandler-Steuerung (10; 215) bereitgestellt, umfassend:

einen ersten Eingang (14; FB), der konfiguriert ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen,
einen zweiten Eingang (13; VCC), der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, und
einen Regelkreis (15), der konfiguriert ist, um mit Leistung durch die Versorgungsspannung versorgt zu werden, und der ein computerlesbares Speichermedium mit einem Programmcode und einem Prozessor umfasst, wobei der Programmcode, wenn er durch den Prozessor ausgeführt wird:
- - Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters (214) des Leistungswandlers, basierend auf der Angabe und der Versorgungsspannung, bestimmt, und
- - den primärseitigen Schalter (214), basierend auf der bestimmten Burstzeitdauer, steuert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Leistungswandler-Steuerung (10; 215) bereitgestellt, umfassend:

einen ersten Eingang (14; FB), der konfiguriert ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen,
einen zweiten Eingang (13; VCC), der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, und
einen Regelkreis (15), der konfiguriert ist, um mit Leistung durch die Versorgungsspannung versorgt zu werden, und der ein computerlesbares Speichermedium mit einem Programmcode und einem Prozessor umfasst, wobei der Programmcode, wenn er durch den Prozessor ausgeführt wird:
- - eine Burstlänge eines primärseitigen Schalters (214) eines Leistungswandlers, basierend auf der Angabe des Ausgangssignals, bestimmt, und
- - ein Burstmodus-Steuersignal für den primärseitigen Schalter (214) basierend auf der selektiv verlängerten Burstlänge erzeugt.

einen ersten Eingang (14; FB), der konfiguriert ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen,
einen zweiten Eingang (13; VCC), der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, und
einen Regelkreis (15), der konfiguriert ist, um mit Leistung durch die Versorgungsspannung versorgt zu werden und umfassend:
- Mittel zur Bestimmung einer Burstlänge eines primärseitigen Schalters (214) eines Leistungswandlers, basierend auf der Angabe des Ausgangssignals,
- Mittel zur selektiven Verlängerung der Burstlänge, basierend auf der Versorgungsspannung, und Mittel zur Erzeugung eines Burstmodus-Steuersignals für den primärseitigen Schalter (214) basierend auf der selektiv verlängerten Burstlänge.

einen ersten Eingang (14; FB), der konfiguriert ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen,
einen zweiten Eingang (13; VCC), der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung zu empfangen, und
einen Regelkreis (15), der konfiguriert ist, um mit Leistung durch die Versorgungsspannung versorgt zu werden und umfassend:
- Mittel zur Bestimmung einer Burstlänge eines primärseitigen Schalters (214), basierend auf der Angabe des Ausgangssignals,
- Mittel zur selektiven Verlängerung der Burstlänge, basierend auf der Versorgungsspannung, und Mittel zur Erzeugung eines Burstmodus-Steuersignals für den primärseitigen Schalter (214) basierend auf der selektiv verlängerten Burstlänge.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist ein Leistungswandler bereitgestellt, umfassend:

einen Spannungseingang, der mit einer Primärwicklung eines Transformators gekoppelt ist,
eine erste Sekundärwicklung, die mit einem Hauptausgang des Leistungswandlers gekoppelt ist,
eine zweite Sekundärwicklung, die mit einem Hilfsausgang des Leistungswandlers gekoppelt ist,
einen primärseitigen Schalter, der mit der Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist,
eine Leistungswandler-Steuerung, wie zuvor definiert, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den primärseitigen Schalter unter Verwendung des erzeugten Steuersignals zu steuern,
einen Rückkopplungspfad, der den Hauptausgang mit dem ersten Ausgang der Leistungswandler-Steuerung koppelt, und
eine Hilfswicklung, die mit dem zweiten Eingang der Leistungswandler-Steuerung gekoppelt ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungssteuerung bereitgestellt, umfassend:

Empfangen einer Angabe eines Ausgangssignals des Leistungswandlers,
Empfangen einer Versorgungsspannung, die von der Leistungssteuerung erzeugt wird, wobei die Versorgungsspannung eine Steuerung des Leistungswandlers mit Leistung versorgt,
Bestimmen von Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters des Leistungswandlers, basierend auf der Angabe und der Versorgungsspannung durch die Steuerung, und
Steuern des primärseitigen Schalters durch die Steuerung, basierend auf der Ein-Zeit.

Die obige Zusammenfassung zielt lediglich darauf ab, einen kurzen Überblick über einige Eigenschaften einiger Ausführungsformen zu liefern und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Insbesondere können andere Ausführungsformen andere Eigenschaften als die explizit zuvor beschriebenen aufweisen.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild einer Leistungswandler-Steuerung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Schaltplan eines Leistungswandlers gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
5 zeigt Beispielsignale für einige Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen detailliert in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass diese Ausführungsformen nur als Beispiele genannt werden und nicht in einem einschränken Sinn zu verstehen sind. Obwohl Ausführungsformen beschrieben werden können, die zahlreiche Details oder Elemente umfassen, können in anderen Ausführungsformen manche dieser Details oder Elemente entfallen und/oder durch alternative Eigenschaften oder Elemente ersetzt sein. Darüber hinaus können, zusätzlich zu den Eigenschaften oder Elementen, die explizit gezeigt oder beschrieben werden, andere Eigenschaften oder Elemente, beispielsweise Eigenschaften oder Elemente, die in gängigen Leistungswandlern verwendet werden, bereitgestellt sein.
Eigenschaften verschiedener Ausführungsformen können verbunden sein, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Variationen und Modifikationen, die für eine der Ausführungsformen beschrieben sind, können auch für andere Ausführungsformen anwendbar sein.
Elektrische Verbindungen oder Kopplungen, die hierin in den Zeichnungen beschrieben sind, können modifiziert werden, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder der Kopplung, beispielsweise die Übertragung einer bestimmten Art von Signal oder einer bestimmten Art von Information, nicht signifikant verändert wird. Beispielsweise können zwischengeschaltete Elemente zu elektrischen Verbindungen oder Kopplungen hinzugefügt oder davon entfernt werden, solange dies nicht wesentlich den allgemeinen Zweck des Anschlusses oder der Verbindung verändert.
In manchen Ausführungsformen werden spezifische Leistungswandlertopologien von Leistungswandlern in spezifischen Spannungswandlerarchitekturen als nicht einschränkende Beispiele verwendet, beispielsweise Sperrwandlertopologien. Es ist anzumerken, dass hierin beschriebene Konzepte und Techniken auf verschiedene Arten von Leistungswandlern angewandt werden können, beispielsweise LLC-Wandler oder andere Resonanzwandler oder, im Allgemeinen Wandler, die eine galvanische Isolierung zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite verwenden. Darüber hinaus können die hierin erläuterten Techniken auf Leistungswandler mit oder ohne Leistungsfaktorkorrektur (PFC) angewandt werden. Daher ist die Nennung spezifischer Beispiele für Leistungswandler nicht als einschränkend zu verstehen.
Ein Teil eines Leistungswandlers, der mit einer Eingangsleistung, beispielsweise Eingangsspannung, versorgt wird, wird hierin auch als Primärseite bezeichnet. Ein Teil eines Leistungswandlers, der eine Ausgangsleistung an einem oder mehreren Ausgangsanschlussklemmen abgibt, beispielsweise unterschiedliche Ausgangsspannungen, um unterschiedliche Lasten zu versorgen, wird hierin als Sekundärseite bezeichnet. Primärseiten und Sekundärseiten können galvanisch voneinander isoliert sein, beispielsweise unter Verwendung von Transformatoranordnungen. In manchen Ausführungsformen wird ein primärseitiger Schalter, z. B. Transistorschalter, verwendet, um selektiv Leistung bereitzustellen. Ein Schalter wird als geschlossen oder ein bezeichnet, wenn er eine niederohmige Leiterbahn zwischen den Anschlussklemmen bereitstellt, und als offen oder aus, wenn er im Wesentlichen zwischen den Anschlussklemmen elektrisch isoliert ist.
In manchen Ausführungsformen basiert das Ausschalten eines primärseitigen Schalters des Leistungswandlers, der die Leistungsmenge bestimmt, mit der die Sekundärseite des Leistungswandlers versorgt werden soll, auf einer Versorgungsspannung, die einer Leistungswandler-Steuerung bereitgestellt ist und einer Ausgangssignalangabe, die als Rückkopplung von der Sekundärseite des Leistungswandlers empfangen wird. Insbesondere können in manchen Ausführungsformen die Ein-Zeiten des primärseitigen Schalters basierend auf der Ausgangssignalangabe bestimmt werden und diese bestimmten Ein-Zeiten können dann selektiv, basierend auf der Versorgungsspannung, verlängert werden, beispielsweise um einen Hilfsausgang des Ausgangswandlers zu garantieren, der eine Leistungsmindestmenge bereitstellt. Ein-Zeiten beziehen sich in dieser Hinsicht auf Zeiten, während derer der primärseitige Schalter geschlossen ist, d. h., so leitet, dass Leistung (beispielsweise mittels eines Transformators) der Sekundärseite bereitgestellt werden kann. Anders gesagt zeigen die bestimmten Ein-Zeiten an, wann der primärseitige Schalter einzuschalten ist. Aus-Zeiten beziehen sich auf eine Zeit, wenn der primärseitige Schalter offen ist und somit keine Leistung bereitstellt. Das Bestimmen von Ein-Zeiten kann das Bestimmen eines Musters von Ein-Zeiten und Aus-Zeiten, oder, anders gesagt, eines Schaltmusters gemäß dem der primärseitige Schalter ein- und ausgeschaltet wird, umfassen, einschließlich der Bestimmung einer Häufigkeit des Musters. Solche Schaltmuster können eine beliebige Form annehmen, z. B. kann das Schalten in Bursts auftreten oder gemäß einem ein Pulsweitenmodulationsschema. Die Dauer der Ein-Zeiten kann entweder durch eine vordefinierte Zeitgebung oder durch den primären Spitzenstrom eingeschränkt sein.
Die Ausgangssignalangabe kann für eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom indikativ sein. Das Bestimmen der Ein-Zeiten basierend auf der Ausgangssignalangabe kann dazu dienen, eine gewünschte Ausgangsspannung oder einen (Spitzen- ) Ausgangsstrom aufrecht zu erhalten. Daher ist das Bestimmen der Ein-Zeiten nicht auf eine beliebige spezifische Form von Ein-Zeiten oder eine beliebige spezifische Ausgangssignalangabe eingeschränkt.
Eine Versorgungsspannung, wie hierin verwendet, bezieht sich im Allgemeinen auf eine Spannung, die bereitgestellt ist, um Versorgungskreise mit Leistung zu versorgen, um ihren Betrieb zu ermöglichen, was der allgemeinen Verwendung des Wortes Versorgungsspannung entspricht. Signale, die keine Stromkreise versorgen, sondern lediglich Information bereitstellen, beispielsweise Rückkopplungssignale, gelten nicht als Versorgungsspannungen in diesem Sinne.
Schreitet man nun zu den Figuren fort, zeigt 1 eine Leistungswandler-Steuerung 10 gemäß manchen Ausführungsformen, die hierin erläuterte Techniken implementieren. Leistungswandler-Steuerung 10 aus 1 wird als eine Umrichter-Steueranschlussklemme 12, eine Versorgungseingangsanschlussklemme 13 und eine Rückkopplungseingangsanschlussklemme 14 umfassend dargestellt. Leistungswandler-Steuerung 10 aus 1 umfasst ferner einen Regelkreis 15. Regelkreis 15 kann beispielsweise eine Logikschaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen computerlesbaren Speicher (beispielsweise Lese- oder nur Speicher, Flash-Speicher, etc.) mit einem darauf gespeicherten Programm und einem Prozessor zur Durchführung des Programms, um Techniken wie hierin erläutert, durchzuführen, umfassen, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Steuerung 10 wird mittels Versorgungseingangsanschlussklemme 13 mit einer Versorgungsspannung versorgt, die seinen Betrieb ermöglicht. Steuerung 10 kann insbesondere in Systemen verwendet werden, wo ein entsprechender Leistungswandler selbst die Versorgungsspannung für Steuerung 10 bereitstellt. Beispielsweise kann eine solche Versorgungsspannung, wie später erklärt wird, unter Verwendung einer Hilfswicklung eines Transformators erzeugt werden. Dafür wird in der Ausführungsform von 1 der Regelkreis, um betriebsfähig zu sein, mit der Versorgungsspannung versorgt, die bei Anschlussklemme 13 erhalten wird. In Ausführungsformen wird, zusätzlich zur Versorgung des Reglers mit Leistung, die Versorgungspannung verwendet, um Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters zu bestimmen, der mittels Anschlussklemme 12 gesteuert wird.
Darüber hinaus empfängt Regelkreis 15 ein Rückkopplungssignal, das indikativ für ein Ausgangssignal des Leistungswandlers ist (beispielsweise indikativ für eine Ausgangsspannung, Ausgangsstrom oder Ausgangsleistung) mittels Rückkopplungseingangsanschlussklemme 14. In Ausführungsformen, steuert Steuerung 10 einen primärseitigen Schalter des Leistungswandlers mittels Wandler-Steueranschlussklemme 12. In Ausführungsformen werden Ein-Zeiten des primärseitigen Schalters basierend auf der Versorgungsspannung und dem Rückkopplungssignal gesteuert. „Auf beiden basierend gesteuert“, wie hierin verwendet, kann darauf hindeuten, dass die Ein-Zeiten des primärseitigen Schalters eine Funktion sowohl des Rückkopplungssignals als auch der Versorgungsspannung sind. In manchen Ausführungsformen kann das Rückkopplungssignal ein Ausgangssignal an einer Hauptausgangsanschlussklemme des Leistungswandlers anzeigen. Das Bestimmen der Ein-Zeiten, basierend nicht nur auf dem Rückkopplungssignal, sondern auch auf der Versorgungspannung kann in manchen Ausführungsformen eine Spannung an einem Hilfsausgang davon abhalten, zu stark abzusinken, falls eine Ausgangslast an der Hauptausgangsanschlussklemme reduziert ist (beispielsweise Lichtquellenanordnung ausgeschaltet oder in den Niedrigstrommodus geschaltet).
Beispiele für solche Techniken und Beispiele für solch eine kombinierte Steuerung, basierend auf einer Versorgungsspannung und einem Rückkopplungssignal, das ein Ausgangssignal des Leistungswandlers anzeigt, insbesondere ein Hauptausgang, werden im Folgenden genauer erläutert. Manche Ausführungsformen nutzen es, dass eine Änderung, insbesondere ein Absinken der Versorgungsspannung in manchen Implementierungen hindeuten kann auf oder zur gleichen Zeit geschehen kann wie ein Absinken einer Spannung an einem Hilfsausgang, wenn beide von einer jeweiligen Wicklung oder einem Transformator abgeleitet sind.
2 ist ein Schaltplan eines Leistungswandlers gemäß einer Ausführungsform. Obwohl eine spezifische Implementierung in 2 als Beispiel gezeigt ist, können hierin erläuterte Techniken in einer Vielzahl von Leistungswandlern verwendet werden, wie bereits zuvor erklärt, insbesondere in verschiedenen Arten von Leistungswandlern, die eine Isolierung zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite unter Verwendung eines Transformators bereitstellen. Darüber hinaus können zusätzlich zu den in 2 gezeigten Komponenten, andere, üblicherweise in Leistungswandlern verwendete Komponenten bereitgestellt sein, beispielsweise eine Leistungsfaktorkorrektur(PFC).
Der Leistungswandler aus 2 ist konfiguriert, um eine Eingangsspannung an den Eingangsanschlussklemmen 20A, 20B zu empfangen. In dem Fall, dass die Eingangsspannung eine Wechselstrom- (AC-) Spannung ist, beispielsweise eine Hauptspannung, ist eine Gleichrichtungs-/Filteranordnung 21 bereitgestellt, die eine Brückenkonfiguration von Dioden zur Gleichrichtung der Spannung und Kondensatoren zum Filtern umfasst. Andere Anordnungen von Filtern und Gleichrichtern können auch verwendet werden. Im dem Fall, dass eine Gleichstrom- (DC-)Spannung als Eingangsspannung bereitgestellt ist, kann der Gleichrichter entfallen. Die so gefilterte und gleichgerichtete Spannung wird auf eine Anschlussklemme einer Primärwicklung 23 eines Transformators 22 angelegt.
Der Leistungswandler aus 2 umfasst ferner einen primärseitigen Schalter 214, der von einer Steuerung 215 gesteuert wird. Steuerung 215 kann, wie zuvor erläutert, in Bezug auf 1 für Steuerung 10 implementiert werden und kann den primärseitigen Schalter 214, basierend auf zuvor diskutierten und später in Bezug auf die 3 bis 5 detaillierter erläuterten Steuerschemata und Techniken, steuern. In der Ausführungsform aus 2 ist der primärseitige Schalter 215 als ein Transistorschalter implementiert, beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET).
Wenn Schalter 214 geschlossen ist, (beispielsweise leitet MOSFET zwischen Source- und Drain-Anschlussklemmen), ist die Primärwicklung 23 zwischen der gleichgerichteten Eingangsspannung und Masse mittels Transistor 214 gekoppelt. Ein Primärstrom und ein magnetischer Fluss in dem Transformator 22 steigen, wobei sie Energie an Transformator 22 bereitstellen. Dies induziert eine Spannung in den Sekundärwicklungen 24, 26 und im Gegenzug in einer Hilfswicklung 25 von Transformator 22. In dieser Phase ist die induzierte Spannung in den Wicklungen 24, 26, 25 negativ, wobei die Dioden 227, 222 und 225 jeweils in Sperrrichtung vorgespannt werden. In diesem Zustand stellt ein Ausgangskondensator 220 eine Ausgangsspannung an einer Hauptausgangsanschlussklemme 27A, 27B bereit, beispielsweise, um eine Lichtquellenanordnung wie eine LED- (Licht emittierende Dioden-) Anordnung 29 zu betreiben. Solch eine Lichtquellenanordnung kann direkt oder indirekt an die Hauptausgangsanschlussklemme 27A, 27B gekoppelt sein, beispielsweise über einen Stromregler. Es ist anzumerken, dass eine Lichtquellenanordnung lediglich als nicht einschränkendes Beispiel für eine Last dient und dass andere Arten von Lasten auch versorgt werden können. Darüber hinaus stellt in diesem Zustand ein Ausgangskondensator 223 eine Hilfsausgangsspannung an einem Hilfsausgang 28A, 28B bereit, um eine weitere Last 210 zu betreiben, beispielsweise einen Sensorkreis. Steuerung 215 empfängt in diesem Zustand eine Versorgungsspannung VCC von dem Kondensator 226.
Darüber hinaus ist Diode 216, wenn der primärseitige Schalter 214 geschlossen ist, in Sperrrichtung vorgespannt, sodass kein Strom durch Diode 216 fließt. Diode 216, ein Kondensator 217 und ein Widerstand 218 bilden eine sogenannte Dämpfungsschaltung, die in manchen Ausführungsformen Spannungstransienten unterdrücken kann, die andernfalls in manchen Ausführungsformen auftreten können.
Wird der primärseitige Schalter 214 geöffnet, sinken der Primärstrom und der magnetische Fluss in Transformator 22 ab. Eine Sekundärspannung in Sekundärwicklungen 24, 26 und in Hilfswicklung 25 spannt jeweils die Dioden 227, 222, 225 in Durchlassrichtung vor. Daher fließt Energie von Transformator 22 jeweils über Widerstände 219, 221 und 224, um jeweils die Kondensatoren 220, 223 und 226 zu laden und um eine Hauptausgangsspannung am Hauptausgang 27A, 27B, und eine Hilfsausgangsspannung am Hilfsausgang 28A, 28B und eine Versorgungsspannung VCC für Steuerung 215 bereitzustellen. Zusätzlich dazu wird Diode 216, wenn der primärseitige Schalter 214 geöffnet wird, durch die Spannung des Transformators (Spannung an Primärwicklung 23) in Durchlassrichtung vorgespannt und Strom fließt durch Diode 216, bis die Spannung an Wicklung 26 geringer ist als die Spannung an Kondensator 217. Die Widerstände 219, 221 und 224 dienen dazu, Spannungsspitzen zu dämpfen. In den Ausführungsformen ist der Widerstandwert von Widerstand 224 größer als der Widerstandwert von Widerstand 221, um eine größere Spannungsdämpfung bezüglich der Versorgungsspannung, mit der Steuerung 215 versorgt wird, bereitzustellen, um Spannungsspitzen zu vermeiden. In manchen Ausführungsformen könnten solche Spannungsspitzen sonst die Versorgungsspannung VCC dazu veranlassen, nicht das Verhalten der Hilfsspannung an dem Hilfsausgang 28A, 28B korrekt widerzuspiegeln.
Indem das Öffnen und Schließen des primärseitigen Schalters 214 abgeändert wird, beispielsweise, indem die Ein-Zeiten von Schalter 214, d. h. die Zeiten, während derer Schalter 214 geschlossen ist, modifiziert werden, kann eine Leistungsmenge, die Transformator 22 bereitgestellt ist, und somit eine Ausgangsspannung an Hauptausgang 27A, 27B und/oder an Hilfsausgang 28A, 28B eingestellt werden. Beispielsweise kann sichergestellt werden, dass eine Ausgangsspannung zumindest an Hauptausgang 27A, 27B im Fall variierender Lasten ungefähr konstant bleibt. Solche variierende Lasten können, wie bereits erwähnt, auftreten, wenn beispielsweise eine Lichtquellenanordnung gedimmt wird, d. h. zwischen einer vollen Lichtausgabe und keiner Lichtausgabe eingestellt wird.
Um eine Ausgangsspannung an Hauptausgang 27A, 27B zu regeln, wird eine Spannung bei 27A an einen Rückkopplungskreis 211 bereitgestellt. Als Reaktion auf die Spannung steuert der Rückkopplungskreis 211 eine Licht emittierende Diode 212 an.
Licht von der Licht emittierenden Diode 212 wird von einem Fototransistor 213 detektiert. Daher bilden die Licht emittierende Diode 212 und der Fototransistor 213 einen Optokoppler, um ein Rückkopplungssignal, das indikativ für die Spannung an Hauptausgang 27A ist, an einen Rückkopplungseingang FB von Steuerung 215 zu übermitteln. Steuerung 215 kann dann den primärseitigen Schalter 214 steuern, um die Hauptausgangsspannung an Hauptausgang 27A, 27B auf einen vorher bestimmten Wert zu regeln. In manchen Ausführungsformen kann solch eine Regelung wichtig sein, um eine Last, beispielsweise eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden 29, korrekt mit Leistung bei einer angemessenen Spannung zu versorgen.
Ohne weitere Maßnahmen ist im Fall von niedrigen oder keinen Lastbedingungen an Hauptausgang 27A, 27B nur wenig Leistung erforderlich, um die Hauptausgangsspannung auf dem vorher definierten Pegel zu halten, sodass in solch einem Fall die Ein-Zeiten des primärseitigen Schalters 214 vergleichsweise kurz sein können. In Fällen, wo eine vergleichsweise hohe Last mit Hilfsausgang 28A, 28B gekoppelt ist, könnte dies zum Sinken der Hilfsausgangsspannung bei Hilfsausgang 28A, 28B führen, sodass die Last 210 unter solchen leichten oder keinen Lastbedingungen nicht ausreichend versorgt werden kann.
In den Ausführungsformen evaluiert Steuerung 215 die Versorgungsspannung VCC und stellt die Ein-Zeiten von Schalter 214 ein, nicht nur basierend auf dem Rückkopplungssignal, das über den Rückkopplungskreis 211 erhalten wird, sondern zusätzlich basierend auf der Versorgungsspannung VCC. Insbesondere, wenn unter leichten oder keinen Lastbedingungen an Hauptausgang 27A, 27B nur wenig Leistung von Transformer 22 an den Hauptausgang 27A, 27B bereitgestellt wird. Die Leistung wird hauptsächlich an die Sekundärwicklung 26 für den Hilfsausgang 28A, 28B und an die Hilfswicklung 25 für die Versorgungsspannung VCC bereitgestellt. Im Fall eines belasteten Hilfsausgangs 28A, 28B, kann auch die Versorgungsspannung VCC, die von der Hilfswicklung 25 abgeleitet wird, abfallen und kann daher indikativ für solche leichten oder keine Lastbedingungen an dem Hauptausgang 27A, 27B für einen belasteten Hilfsausgang 28A, 28B sein. Daher kann in den Ausführungsformen basierend auf der Versorgungsspannung VCC ausreichende Leistung an einem Hilfsausgang wie Hilfsausgang 28A, 28B sichergestellt werden. Anders gesagt hängt die Spannung über allen belasteten Wicklungen von den Windungsrichtungen der Wicklungen ab. Sinkt die Spannung an Sekundärwicklung 26 aufgrund von hoher Last an dem Hilfsausgang ab, sinkt dementsprechend auch die Spannung an Hilfswicklung 25, was zu einer reduzierten Versorgungsspannung führt, die Steuerung 215 bereitgestellt ist. Daher wird die Steuerung unter anderem über Spannungsrückgänge an dem Hilfsausgang informiert und kann entsprechend der Modifizierung der Ein-Zeiten des primärseitigen Schalters 214 reagieren, um die bereitgestellte Leistung zu erhöhen, z. B. durch das Verlängern einer Burstlänge, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
Um dies weiter zu veranschaulichen, sind die 3 und 4 Flussdiagramme von Verfahren gemäß manchen Ausführungsformen, die unter Verwendung von Steuerung 10 aus 1 oder Steuerung 215 aus 2 implementiert werden können, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Beispielsweise kann das Verfahren in einer Steuerung unter Verwendung von festverdrahteter Logik oder unter Verwendung von programmierbaren Prozessoren wie Microcontrollern implementiert werden, die entsprechend durch einen Programmcode programmiert sind, die auf einem entsprechenden computerlesbaren Medium, beispielsweise in einem Flashspeicher, anderen Arten von Speichern oder anderen Datenträgern wie einer CD oder DVD, bereitgestellt sind.
Obwohl die Verfahren der 3 und 4 jeweils als eine Serie von Handlungen oder Ereignissen dargestellt sind, ist die Reihenfolge, in der diese Handlungen oder Ereignisse dargestellt sind, nicht als einschränkend zu verstehen. In manchen Ausführungsformen können die Handlungen oder Ereignisse in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten ausgeführt werden und/oder manche Handlungen oder Ereignisse können parallel, beispielsweise in unterschiedlichen Teilen einer Schaltung, wie einem Regler, durchgeführt werden.
Obwohl die 3 und 4 der besseren Übersichtlichkeit wegen in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben werden, ist die Implementierung der Verfahren der 3 und 4 darüber hinaus nicht auf die in Bezug auf die 1 und 2 erläuterten spezifischen Steuerung und Leistungswandler eingeschränkt.
Unter 30 umfasst das Verfahren aus 3 das Empfangen einer Ausgangssignalangabe, die indikativ für ein Ausgangssignal eines Leistungswandlers ist. Beispielsweise empfängt in 2 Steuerung 216 eine Angabe über eine Ausgangsspannung an dem Hauptausgang 27A, 27B über den Rückkopplungskreis 211. In anderen Ausführungsformen kann anstatt einer Angabe einer Ausgangsspannung eine Angabe über einen Ausgangsstrom empfangen werden, beispielsweise, wenn ein Strom an einem Ausgang anstatt einer Spannung geregelt werden soll.
Unter 31 umfasst das Verfahren das Empfangen einer Versorgungsspannung. In den Ausführungsformen ist die Versorgungsspannung von einer Hilfswicklung eines Transformators abgeleitet, wie in Bezug auf 2 erklärt. Die Versorgungsspannung kann eine Steuerung oder eine andere Schaltung, die für die Implementierung des Verfahrens aus 3 verwendet wird, versorgen.
Bei 32 umfasst das Verfahren das Feststellen von Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters, basierend auf der Ausgangssignalangabe, die bei 30 empfangen wurde und der Versorgungsspannung, die bei 31 empfangen wurde. Durch das Beachten sowohl der Ausgangssignalangabe und der Versorgungsspannung kann in manchen Ausführungsformen eine unzureichende Leistung an einem Hilfsausgang wie Hilfsausgang 28A, 28B im Fall von leichten oder keinen Lastbedingungen an einem Hauptausgang, von dem die Ausgangssignalangabe abgeleitet wird, beispielsweise Hauptausgang 27A, 27B aus 2, vermieden werden.
Bei 33 wird ein Steuersignal für den primärseitigen Schalter basiert auf den Ein-Zeiten erzeugt, um den primärseitigen Schalter so zu steuern, dass er entsprechende Ein-Zeiten aufweist.
Es ist anzumerken, dass das Festlegen von Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters auf verschiedene Arten erfolgen kann. In manchen Ausführungsformen kann ein primärseitiger Schalter kontinuierlich an- und ausgeschaltet werden und die Ein-Zeiten können variieren. In anderen Ausführungsformen kann ein sogenannter Burstmodusbetrieb verwendet werden, wo in einem ersten Teil eines Burstperiode der primärseitige Schalter für eine bestimmte Burstlänge mit einer fixen Frequenz abwechselnd geöffnet/geschlossen wird und in einem zweiten Teil der Burstperiode ist der primärseitige Schalter permanent offen. In solch einem Fall können die Ein-Zeiten variiert werden, indem die Burstlänge variiert wird, ohne die einzelnen Ein-Zeiten während des abwechselnden Ein- und Ausschaltens zu verändern.
Das Ändern der Burstlänge kann ein Burst-Tastverhältnis ändern, das definiert als das Verhältnis zwischen der Burstlänge (erster Teil) und einer Länge der Burstperiode (erster Teil und zweiter Teil).
4 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform, das als ein Beispiel für eine spezifische Implementierung für die Ausführungsform von 3 gesehen werden kann. Bei 40 umfasst das Verfahren von 4 das Empfangen einer Ausgangssignalangabe und bei 41 umfasst das Verfahren das Empfangen einer Versorgungsspannung. 40 und 41 von 4 können wie für 30 und 31 von 3 zuvor erläutert implementiert werden.
Bei 42 umfasst das Verfahren das Festlegen von Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters, basierend auf der Ausgangssignalangabe. Beispielsweise kann eine Burstlänge basierend auf der Ausgangssignalangabe festgelegt werden, sodass der Ausgang, von dem die Angabe abgeleitet wird (z. B. Hauptausgang 27A, 27B aus 2) auf eine gewünschte Spannung, Strom und/oder Leistung geregelt wird. Dies kann auf jede beliebige gängige Weise für rückkopplungsbasierte Regelung in Netzteilen implementiert werden. Kurz gesagt können im Wesentlichen die Ein-Zeiten erhöht werden, um mehr Leistung bereitzustellen (beispielsweise, um dem Transformator 22 aus 2 mehr Leistung bereitzustellen), wenn die Ausgangssignalangabe anzeigt, dass das Ausgangssignal unter einem gewünschten Wert liegt (beispielsweise Spannung, Strom und/oder Leistung) und die Ein-Zeiten können verringert werden, wenn die Ausgangssignalangabe anzeigt, dass das Ausgangssignal über dem gewünschten Wert liegt. Beispielsweise kann das Erhöhen oder das Verringern der Ein-Zeiten das Erhöhen oder Verringern einer Burstlänge umfassen.
Bei 43 umfasst das Verfahren das selektive Verlängern der Ein-Zeiten, basierend auf der Versorgungsspannung. „Selektiv“ zeigt hierbei an, dass die Ein-Zeiten unter bestimmten Bedingungen verlängert (erhöht) sind. In den Ausführungsformen können die Ein-Zeiten verlängert sein, wenn die Versorgungsspannung direkt oder indirekt anzeigt, dass eine Ausgabeleistung zu niedrig sein kann. In manchen Ausführungsformen kann das Verlängern der Ein-Zeiten das Verlängern einer Burstlänge umfassen.
Bei 44 umfasst das Verfahren dann das Erzeugen eines Steuersignals für einen primärseitigen Schalter (beispielsweise Schalter 214 aus 2), basierend auf den Ein-Zeiten, die bei 42 festgestellt wurden und bei 43 selektiv verlängert wurden.
Als nächstes werden Beispiele für das selektive Verlängern der Ein-Zeiten basierend auf der Versorgungsspannung bei 43 aus 4 anhand von Beispielen erklärt.
In manchen Ausführungsformen wird der primärseitige Schalter in einem Burstmodus betrieben. In manchen Ausführungsformen wird die Versorgungsspannung mit einer Schwelle am Ende oder nahe dem Ende jedes Bursts verglichen. Ist die Versorgungsspannung unter der Schwelle, kann der Burst verlängert werden, bis die Versorgungsspannung die Schwelle erreicht.
Ein Beispiel für solch einen Ansatz wird in Bezug auf 5 veranschaulicht.
5 veranschaulicht beispielhafte Signalwellenformen für eine Ausführungsform wie jene, die in 2 gezeigt wird. Es ist anzumerken, dass die Signalwellenformen in 5 nur zur Veranschaulichung angegeben sind und sind nicht als einschränkend zu verstehen. Insbesondere können die tatsächlichen Wellenformen von einer bestimmten Anwendung abhängen und/oder von Betriebsbedingungen wie dem Bedarf an Leistungsmenge einer Last, die an einen jeweiligen Leistungswandler gekoppelt ist. Obwohl die Signale von 5 in Bezug auf 2 beschrieben werden, können ähnliche Signale in anderen Implementierungen und Konfigurationen von Leistungswandlern auftreten. 5 veranschaulicht Spannungen verschiedener Signale über die Zeit.
Eine Kurve 50 veranschaulicht ein Beispiel für eine Hauptausgangsspannung, beispielsweise an dem Hauptausgang 27A, 27B aus 2. Diese Hauptausgangsspannung wird geregelt (durch die Rückkopplung über Rückkopplungskreis 211 in dem Beispiel von 2) und ist daher bei einem vorher bestimmten Wert in dem Beispiel von 5 stabil. Eine Kurve 52 in 5 veranschaulicht eine Spannung an einem Hilfsausgang wie Hilfsausgang 28A, 28B von 2. Eine gestrichelte Linie 51 zeigt einen Zielwert für die Hilfsausgangsspannung an. In dem Beispiel von 5 ist die Hilfsausgangsspannung nicht geregelt (keine Rückkopplung von Hilfsausgang 28A, 28B in 2) und variiert daher. Wie zuvor erklärt kann im Fall einer niedrigen Last an dem Hauptausgang eine bereitgestellte Leistung (beispielsweise dem Transformator 22 aus 2 bereitgestellt) nicht ausreichend sein, um eine ausreichend hohe Hilfsausgangsspannung aufrechtzuerhalten, um Lasten wie Last 210 aus 2 ohne weitere Maßnahmen zu versorgen.
Eine Kurve 54 veranschaulicht eine Versorgungsspannung VCC, die einer Steuerung unter Verwendung einer Hilfswicklung, beispielsweise Steuerung 215 aus 2 unter Verwendung der Hilfswicklung 25, bereitgestellt ist. Auch diese Spannung variiert und weicht von einem Zielwert ab, der von einer gestrichelten Linie 53 angezeigt wird. Die von den Linien 51, 53 angezeigten Zielwerte können insbesondere von dem Windungsverhältnis des Transformators 22 festgelegt sein, d. h. einer Anzahl an Wicklungen der Primärwicklung 23, der Sekundärwicklung 26 und der Hilfswicklung 25.
Eine Kurve 55 veranschaulicht ein Steuersignal für einen primärseitigen Schalter, beispielsweise die Steuersignalausgabe an den primärseitigen Schalter 214 durch Steuerung 215 in 2. In dem Beispiel aus 5 wird der primärseitige Schalter in einem Burstmodus gesteuert, wo Bursts mit einer bestimmten Burstlänge, wobei der Schalter mit einer fixen Häufigkeit offen und geschlossen ist, von Pausen gefolgt sind, wobei der Schalter durchgehend offen ist. Die Burstlänge, zusammen mit der Pausenzeit, legt die Länge einer Burstperiode fest. Ein Verhältnis zwischen der Burstlänge und der Länge des Burstkreislaufs wird als Burst-Tastverhältnis bezeichnet. In den Ausführungsformen werden die Burstlängen und daher das Burst-Tastverhältnis variiert, um die Ein-Zeiten zu variieren, während die Häufigkeit des Steuersignals während des Bursts konstant gehalten wird. In anderen Ausführungsformen kann beispielsweise die Länge der Ein-Zeiten während des Bursts variiert werden.
In den Ausführungsformen, wie zuvor erwähnt, wird die Versorgungsspannung (Kurve 54 aus 5) mit einem Schwellenwert am Ende oder nahe dem Ende des Bursts verglichen, um die Ein-Zeiten basierend auf der Versorgungsspannung (43 aus 4) selektiv zu verlängern. Wie aus 5 hervorgeht, erholt sich die Versorgungsspannung in Richtung des Zielwerts, der durch die Linie 53 angezeigt wird, gegen Ende des Bursts wieder, wenn kontinuierlich Leistung bereitgestellt ist. Ist die Versorgungsleistung nicht ausreichend, erholt sich die Versorgungsspannung nicht vollständig wieder. Ist die Versorgungsspannung unter einer Schwelle, wobei die Schwelle ein vorher bestimmter Wert unter dem Zielwert 53 sein kann, kann dies anzeigen, dass eine unzureichende Leistung bereitgestellt ist und in diesem Fall kann die Burstlänge und daher das Burst-Tastverhältnis erhöht werden und somit wird beispielsweise der Transformator 22 in 2 mit mehr Leistung versorgt. Da sowohl die Hilfsausgangsspannung gemäß Kurve 52 und die VCC-Spannung gemäß Kurve 54 in einer Ausführungsform wie derjenigen, die in 5 gezeigt wird, von der Leistungsversorgung an eine Primärwicklung von Transformator 22 abhängen, hilft auch das Verlängern der Burstperiode dabei, die Hilfsausgangsspannung zumindest nahe dem Zielwert 51 zu halten.
In manchen Ausführungsformen kann die Burstzeit verlängert werden, bis die Versorgungsspannung (Kurve 54) an oder über der vorher bestimmten Schwelle ist. In solche einer Ausführungsform kann die Versorgungsspannung während des Bursts oder zumindest gegen Ende des Bursts kontinuierlich überwacht werden.
Mit solch einer Ausführungsform kann die Versorgungsspannung am Ende jeder Burstzeit zumindest auf die vorher bestimmte Schwelle gebracht werden.
In einem anderen Ansatz wird eine minimale Burstzeit basierend auf einer Versorgungsspannung festgelegt, die an einem vorher bestimmten Zeitpunkt gemessen wird, beispielsweise am Ende jedes Bursts. Ist das bei 42 in 4 festgelegte Burst-Tastverhältnis unter diesem Minimum, wird das Burst-Tastverhältnis auf dieses Minimum eingestellt, und daher werden die Ein-Zeiten bei 43 in 4 selektiv verlängert. Die minimalen Tastverhältnisse, die von der Versorgungsspannung am Ende jedes Bursts abhängen, können beispielsweise in einer Tabelle in einem Speicher gespeichert werden. Ein Beispiel für solch eine Tabelle wird im Folgenden gezeigt:

VCC-Spannung am Ende eines Bursts Minimales Tastverhältnis für den nächsten Burst

8,00 V 100 %

8,25 V 75 %

8,50 V 50 %

8,75 V 25 %

9,00 V 0 %
In diesem Beispiel wird angenommen, dass ein Zielwert (beispielsweise Linie 53 aus 5) bei 9 V liegt. Liegt die Versorgungsspannung am Ende des Bursts bei 9 V, ist ein minimales Tastverhältnis für den nächsten Burst auf 0 % eingestellt (d. h. Burstlänge 0), was bedeutet, dass die Burstlänge basierend auf der Ausgangssignalangabe bestimmt ist. Je weiter die Versorgungsspannung am Ende des Bursts von diesem Zielwert abweicht, umso höher ist ein minimales Tastverhältnis für die nächste Burstperiode eingestellt. Es ist anzumerken, dass die in der obigen Tabelle gezeigten Werte lediglich der Veranschaulichung dienen und in Abhängigkeit von der Implementierung variieren können. Es ist auch anzumerken, dass das höchste minimale Tastverhältnis, das in einer Implementierung verwendet wird, nicht bei 100 % liegen muss, sondern in Abhängigkeit von den Erfordernissen auch unter 100 % liegen kann. Zwischen den explizit in der Tabelle gezeigten und gespeicherten Spannungen kann in manchen Implementierungen eine Interpolation verwendet werden, oder es kann das minimale Tastverhältnis für die nächsthöhere oder die nächstniedrigere Spannung in der Tabelle verwendet werden. Wird beispielsweise das minimale Tastverhältnis für die nächstniedrigere Spannung bei einer Spannung von 8,6 V am Ende eines Bursts verwendet, wäre das minimale Tastverhältnis für den nächsten Burst in dem obigen Beispiel auf 50 % eingestellt, entsprechend dem Wert für 8,5 V.
Mit diesem Ansatz muss nur eine einzige Spannung, beispielsweise am Ende jedes Bursts in jedem Burst gemessen werden. Andererseits ist mit diesem Ansatz keine konstante Versorgungsspannung am Ende jedes Bursts sichergestellt, aber die Versorgungsspannung am Ende jedes Bursts kann bis zu einem gewissen Grad variieren.
Mit manchen der obigen Ausführungsformen kann ein Abfall einer Hilfsausgangsspannung im Fall von leichten oder keinen Lastbedingungen an einem Hauptausgang vermieden werden und eine ausreichende Versorgung von Lasten, die an solch einen Hilfsausgang gekoppelt sind (beispielsweise Last 210 aus 2) sowie eine ausreichende Versorgung einer Steuerung (beispielsweise Steuerung 215 aus 2) mit Leistung kann sichergestellt werden. Manche Ausführungsformen ermöglichen es, eine ausreichende Ausgangssignalleistung an einem Hilfsausgang für variierende, beispielsweise kontinuierlich variierende, Lastbedingungen an einem Hauptausgang sicherzustellen.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, ist durchschnittlichen Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung ist dazu vorgesehen, beliebige Abänderungen und Variationen der spezifischen, hierin erläuterten Ausführungsformen abzudecken. Daher ist vorgesehen, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und Äquivalente davon eingeschränkt ist.
Bezugszeichenliste

10: Leistungswandler-Steuerung
12: Ausgang
13: Eingang
14: Eingang
15: Regelkreis
20A, 20B: Spannungseingang
21: Eingangsfilter und Gleichrichter
22: Transformator
23: Primärwicklung
24: Sekundärwicklung
25: Hilfswicklung
26: Sekundärwicklung
27A, 27B: Hauptausgang
28A, 28B: Hilfsausgang
29: LED-Anordnung
210: Last
211: Rückkopplungskreis
212: Licht emittierende Diode
213: Fototransistor
214: primärseitiger Schalter
215: Regler
216: Diode
217: Kondensator
218: Widerstand
219: Widerstand
220: Kondensator
221: Widerstand
222: Diode
223: Kondensator
224: Widerstand
225: Diode
226: Kondensator
227: Diode
30-33: Verfahrensschritte
40-44: Verfahrensschritte
50-55: Kurven

Claims

Leistungswandler, umfassend: einen Spannungseingang (20A, 20B), der mit einer Primärwicklung (23) eines Transformators gekoppelt ist, eine erste Sekundärwicklung (24) des Transformators, die mit einem Hauptausgang (27A, 27B) des Leistungswandlers gekoppelt ist, eine zweite Sekundärwicklung (26) des Transformators, die mit einem Hilfsausgang (28A, 28B) des Leistungswandlers gekoppelt ist, eine Hilfswicklung (25) des Transformators, einen primärseitigen Schalter (214), der mit der Primärwicklung (23) des Transformators gekoppelt ist, und eine Leistungswandler-Steuerung (10; 215), umfassend: einen ersten Eingang (14; FB), der mit dem Hauptausgang (27A) über einen Rückkopplungspfad (211, 212, 213) gekoppelt ist, um eine Angabe eines Ausgangssignals eines Leistungswandlers zu empfangen, einen zweiten Eingang (13; VCC), der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung von der Hilfswicklung zu empfangen, und einen Regelkreis (15), der konfiguriert ist, um: - Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters (214) des Leistungswandlers basierend auf der Angabe und der Versorgungsspannung zu bestimmen, und - den primärseitigen Schalter (214) basierend auf der bestimmten Dauer der Ein-Zeiten zu steuern.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Regelkreis konfiguriert ist, um durch die Versorgungsspannung mit Leistung versorgt zu werden.
Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Regelkreis konfiguriert ist, um den primärseitigen Schalter (214) in einem Burstmodus zu steuern, wobei das Bestimmen der Ein-Zeiten das Festlegen einer Burstlänge eines Bursts in dem Burstmodus umfasst.
Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen der Burstlänge das Feststellen eines Burst-Tastverhältnisses umfasst.
Leistungswandler (10; 215) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Bestimmen der Ein-Zeiten ein Bestimmen der Ein-Zeiten basierend auf der Angabe und ein selektives Verlängern der Ein-Zeiten basierend auf der Versorgungsspannung umfasst.
Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei das selektive Verlängern der Ein-Zeiten ein Verlängern der Ein-Zeiten, bis die Versorgungsspannung bei einem vorher bestimmten Wert liegt, umfasst.
Leistungswandler (10; 215) nach Anspruch 5, wobei das selektive Verlängern der Ein-Zeiten ein Bestimmen von minimalen Ein-Zeiten basierend auf der Versorgungsspannung und ein Festlegen der Ein-Zeiten auf die minimalen Ein-Zeiten umfasst, wenn die basierend auf der Angabe bestimmten Ein-Zeiten unterhalb der minimalen Ein-Zeiten liegen.
Leistungswandler (10; 215) nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Regelkreis (15) konfiguriert ist, um den primärseitigen Schalter (214) zu steuern, um die Ausgangssignalleistung an einem Hilfsausgang (28A, 28B) des Leistungswandlers unter variierenden Lastbedingungen an einem Hauptausgang (27A, 27B) des Leistungswandlers aufrechtzuerhalten.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-8, umfassend einen ersten Dämpfungswiderstand (224), der zwischen die Hilfswicklung (25) und den zweiten Eingang (13; VCC) gekoppelt ist und einen zweiten Dämpfungswiderstand (221), der zwischen die zweite Sekundärwicklung (26) und den Hilfsausgang (28A, 28B) gekoppelt ist, wobei der erste Dämpfungswiderstand (224) bemessen ist, um eine größere Dämpfung als der zweite Dämpfungswiderstand (221) bereitzustellen.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-9, weiter umfassend eine dimmbare Lichtquellenanordnung (29), die mit dem Hauptausgang (27A, 27B) gekoppelt ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die Angabe des Ausgangssignals zumindest eine aus der Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom an dem Hauptausgang 27A, 27B) anzeigt, wobei das Feststellen der Ein-Zeiten, basierend auf der Angabe, zumindest eines aus der Regelung einer Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms an dem Hauptausgang (27A, 27B) umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Leistungsreglers, umfassend: Empfangen einer Angabe eines Ausgangssignals des Leistungswandlers, Empfangen einer durch den Leistungswandler unter Verwendung einer Hilfswicklung eines Transformators des Leistungswandlers erzeugten Versorgungsspannung, wobei die Versorgungsspannung eine Steuerung (10; 215) des Leistungswandlers mit Leistung versorgt, Bestimmen von Ein-Zeiten eines primärseitigen Schalters (214) des Leistungswandlers durch die Steuerung (10; 215), basierend auf der Angabe und der Versorgungsspannung, und Steuern, durch die Steuerung (10; 215), des primärseitigen Schalters, basierend auf den Ein-Zeiten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der Ein-Zeiten das Bestimmen einer Burstlänge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Bestimmen der Ein-Zeiten das Bestimmen der Ein-Zeiten basierend auf der Angabe sowie das selektive Verlängern der Ein-Zeiten basierend auf der Versorgungsspannung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das selektive Verlängern der Ein-Zeiten das selektive Verlängern der Ein-Zeiten, bis die Versorgungsspannung einen vorher bestimmten Wert erreicht hat, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das selektive Verlängern das Bestimmen von minimalen Ein-Zeiten basierend auf der Versorgungsspannung sowie das Festlegen der Ein-Zeiten auf die minimalen Ein-Zeiten, wenn die basierend auf der Angabe bestimmten Ein-Zeiten unter den minimalen Ein-Zeiten liegen, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-16, weiter umfassend das Dämpfen der Versorgungsspannung mehr als eine Hilfsausgangsspannung, die von einer Sekundärwicklung (26) des Transformators abgeleitet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-17, wobei die Angabe des Ausgangssignals zumindest eines aus einer Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms an dem Hauptausgang (27A, 27B) anzeigt, wobei das Bestimmen der Ein-Zeiten basierend auf der Angabe zumindest eines aus der Regelung einer Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms an dem Hauptausgang (27A, 27B) umfasst.