DE102018109341A1 - Wandler, Resonanzwandler und Verfahren - Google Patents

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Gerald Deboy
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Abstract

Gemäß einer Ausführungsform weist ein Wandler Folgendes auf: eine Gleichrichtungsstufe mit einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss, wobei der erste Versorgungsanschluss und der zweite Versorgungsanschluss dafür ausgelegt sind, ein bipolares Wechselspannungssignal von einer Wechselspannungsquelle zu empfangen, wobei die Gleichrichtungsstufe Folgendes aufweist: eine Halbbrückenschaltung, die zwischen den ersten Versorgungsanschluss und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, einen Transformator und einen Resonanztank, der zwischen einen Ausgang der Halbbrückenschaltung und eine Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, und eine Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe, die zwischen die Gleichrichtungsstufe und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine elektronische Schaltung und insbesondere Ausführungsformen, ein System und ein Verfahren für einen Schaltwandler.
  • Hintergrund
  • Stromversorgungssysteme sind in vielen elektronischen Anwendungen von Computern bis zu Automobilen allgegenwärtig. Im Allgemeinen werden Spannungen innerhalb eines Stromversorgungssystems durch Ausführen einer Gleichspannungs/Gleichspannungs-, Gleichspannungs-Wechselspannungs- und/oder Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung durch Betätigen eines mit einer Induktivität oder einem Transformator belasteten Schalters erzeugt. Eine Klasse solcher Systeme schließt Schaltstromversorgungen (SMPS) ein. Eine SMPS ist gewöhnlich effizienter als andere Typen von Leistungswandlungssystemen, weil die Leistungswandlung durch Steuern des Ladens und Entladens der Induktivität oder Transformators ausgeführt wird und sie den Energieverlust infolge einer durch resistive Spannungsabfälle hervorgerufenen Streuleistung verringert.
  • Spezifische SMPS-Topologien umfassen unter anderem Abwärtswandler, Aufwärtswandler und Abwärts-/Aufwärtswandler. Abhängig von der ausgewählten Topologie und von den Erfordernissen eines bestimmten Systems kann die SMPS unter Verwendung einer Halbbrückenarchitektur, einer Vollbrückenarchitektur oder mit einer beliebigen anderen auf dem Fachgebiet bekannten Implementation implementiert werden.
  • Ein Transformator kann in einigen Wandlern verwendet werden, teilweise um eine galvanische Isolation zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Wandlers bereitzustellen. Beispielsweise kann eine galvanische Isolation einer Wechselstrom(AC)-Leistungsquelle vom Ausgang des Wandlers dabei helfen, vor elektrischen Schocks zu schützen.
  • Wandler können mit Resonanztopologien implementiert werden. Resonanztopologien weisen typischerweise eine hohe Effizienz und eine hohe Leistungsdichte auf. Resonanztopologien können implementiert werden, indem eine Kombination von Induktivitäten und Kondensatoren zur Resonanz gebracht wird. Beispielsweise ist ein LLC-Wandler ein Resonanzwandler, der zwei Induktivitäten und einen Kondensator aufweist.
  • Ein bestimmter Stromversorgungstyp, der weit verbreitet verwendet wird, ist der Wechselstromadapter. Wechselstromadapter sind externe Wechselspannungs/Gleichspannungs-Stromversorgungen, die typischerweise verwendet werden, um Gleichstrom von einer standardmäßigen Wechselstromquelle bereitzustellen. Wechselstromadapter können ihre Leistung von einer Wechselstromquelle empfangen. Die beiden gebräuchlichsten Typen von Wechselstromquellen (auch als Netzversorgung bezeichnet) sind die 120-Vrms-60-Hz-Stromquelle, die auch als Low-Line-Stromquelle oder Low-Line-Netz bekannt ist, und die 230-Vrms-50-Hz-Stromquelle, die auch als High-Line-Stromquelle oder High-Line-Netz bekannt ist. Die quadratisch gemittelte (RMS) Spannung kann für die Low-Line bzw. die High-Line nicht genau 120 Vrms bzw. 230 Vrms betragen. Beispielsweise kann die Netzspannung eines Low-Line-Eingangs zwischen 85 Vrms und 140 Vrms variieren. Ähnlich kann die Netzspannung eines High-Line-Eingangs zwischen 200 Vrms und 270 Vrms variieren. Das von einer Low-Line-Stromquelle erzeugte Wechselspannungssignal kann als Low-Line-Wechselspannungssignal, Low-Line-Signal oder Low-Line-Spannung bezeichnet werden. Ähnlich kann das von einer High-Line-Stromquelle erzeugte Wechselspannungssignal als High-Line-Wechselspannungssignal, High-Line-Signal oder High-Line-Spannung bezeichnet werden.
  • Universelle Adapter sind Wechselstromadapter, die dafür ausgelegt sind, mit einem Low-Line-Netz oder einem High-Line-Netz zu arbeiten. Einige universelle Adapter passen sich automatisch an den Typ der empfangenen Eingangsspannung an. Andere universelle Adapter können eine manuelle Auswahl des Betriebsmodus ermöglichen.
  • Wandler können auch in Systemen verwendet werden, die einem bestimmten Standard genügen. Beispielsweise beschreibt die USB-Stromzufuhr(USB-PD)-Spezifikation den Standard, der sich auf die Stromzufuhr in USB-Anwendungen bezieht.
  • Kurzfassung
  • Es werden ein Wandler nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 14 sowie ein Resonanzwandler nach Anspruch 17 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist ein Wandler Folgendes auf: eine Gleichrichtungsstufe mit einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss, wobei der erste Versorgungsanschluss und der zweite Versorgungsanschluss dafür ausgelegt sind, ein bipolares Wechselspannungssignal von einer Wechselspannungsquelle zu empfangen, wobei die Gleichrichtungsstufe Folgendes aufweist: eine Halbbrückenschaltung, die zwischen den ersten Versorgungsanschluss und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, einen Transformator und einen Resonanztank, der zwischen einen Ausgang der Halbbrückenschaltung und eine Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, und eine Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe, die zwischen die Gleichrichtungsstufe und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist.
  • Figurenliste
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung Bezug genommen. Es zeigen:
    • 1a ein schematisches Diagramm eines Wandlers mit einer LLC-Wandlerstufe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 1b ein schematisches Diagramm einer möglichen Implementation des Wandlers aus 1a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 1c Wellenformen des Wandlers aus 1b gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2a einen Wandler, der eine Wechselstrom-LLC-Wandler(ACX)-Wandlerstufe aufweist, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2b eine mögliche Implementation eines ACX-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 2c - 2d mögliche Implementationen bidirektionaler Schalter gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
    • die 2e - 2h das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers aus 2b gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 2i und 2j Wellenformen des ACX-Wandlers aus 2b während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2k ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines ACX-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 3a - 3j den Betrieb einer ACX-Primärschaltung eines ACX-Wandlers mit Nullspannungsschalten (ZVS) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 3k ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer ACX-Primärschaltung mit ZVS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 4 einen ACX-Wandler gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 5a und 5b ein schematisches Diagramm und Wellenformen eines mit einem ersten Steuermodus arbeitenden ACX-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 6 - 8 Wellenformen verschiedener ACX-Wandler, die verschiedene Steuermodi verwenden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
    • 9a eine mögliche Implementation eines ACX-Wandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 9b - 9e das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers aus 9a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 10a eine mögliche Implementation eines ACX-Wandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 10b - 10e das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers aus 10a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 11a eine andere mögliche Implementation des Wandlers aus 2a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 11b - 11e das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers aus 11a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 11f - 11i Wellenformen des Wandlers aus 11a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 12a eine mögliche Implementation des Wandlers aus 2a gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 12b - 12g das Schalt- und Stromverhalten des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers aus 12a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 12h - 12i Wellenformen des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers aus 12a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 12j - 12k Wellenformen des Wandlers aus 12a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 13a eine mögliche Implementation des Wandlers aus 2a gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 13b und 13c Wellenformen des Wandlers aus 13a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 14a eine mögliche Implementation des Wandlers aus 2a gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 14b - 14e das Schalt- und Stromverhalten des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers aus 14a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 14f und 14g Wellenformen des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers aus 14a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 14h und 14i Wellenformen des Wandlers aus 14a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 15a eine mögliche Implementation des Wandlers aus 2a gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • die 15b und 15c Wellenformen des Wandlers aus 15a während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 16a einen Wandler mit einer ACX-Wandlerstufe mit Leistungsfaktorkorrektur (PFC) gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 16b eine mögliche Implementation des Wandlers aus 16a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 16c Wellenformen des Wandlers aus 16b während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
    • die 17 und 18 mögliche Implementationen des Wandlers aus 16a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Entsprechende Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsformen klar zu veranschaulichen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen klarer zu erläutern, kann einer Nummer einer Figur ein Buchstabe folgen, der Variationen derselben Struktur, desselben Materials oder desselben Prozessschritts angibt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erläuterung dienender Ausführungsformen
  • Die Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen werden nachstehend detailliert erörtert. Es ist jedoch zu verstehen, dass die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen in einer breiten Vielfalt spezifischer Zusammenhänge anwendbar sind. Die spezifischen erörterten Ausführungsformen dienen lediglich der Erläuterung spezifischer Arten zur Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen und sollten nicht als in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Zusammenhang beschrieben, nämlich einem Wandler mit einer Resonanzwandlerstufe, die mit einer Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe kaskadiert ist, in verschiedenen Konfigurationen, Spannungs- und Leistungspegeln. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mit anderen Konfigurationen und anderen Spannungs- und Leistungspegeln verwendet werden.
  • 1a zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1b zeigt ein schematisches Diagramm einer möglichen Implementation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2a zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 11a, 12a, 13a, 14a und 15a zeigen fünf schematische Diagramme möglicher Implementationen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 16a zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 16b, 17 und 18 zeigen schematische Diagramme dreier möglicher Implementationen der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 2b, 9a und 10a zeigen schematische Diagramme dreier möglicher Implementationen eines ACX-Wandlers gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 2b und 2c zeigen schematische Diagramme von vier möglichen Implementationen bidirektionaler Schalter eines ACX-Wandlers gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 5b und 6 - 8 zeigen Wellenformen, bei denen vier mögliche Modi zur Steuerung eines ACX-Wandlers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. 16c zeigt Wellenformen, bei denen ein möglicher Modus zur Steuerung eines ACX-Wandlers gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Wandler einer Last unter Verwendung einer Resonanzwandlerstufe, die Energie von einer Wechselstromquelle empfängt, und einer Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe, die die Ausgangsspannung regelt, eine geregelte Gleichspannungsausgabe bereit. Der Resonanzwandler kann auch eine galvanische Isolation zwischen der Wechselstromquelle und der Last bereitstellen. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler kann so implementiert werden, dass er Industriestandards in der Art von USB-PD entspricht, und kann einen breiten Bereich von Spannungs- und Leistungspegeln unterstützen. Einige Ausführungsformen können mit einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) implementiert werden. Andere Ausführungsformen können ohne PFC implementiert werden. Die Resonanzwandlerstufe kann mit Nullspannungsschalt(ZVS)- oder Quasi-ZVS(QZVS)-Techniken implementiert werden. Die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe kann auch mit ZVS oder QZVS implementiert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Resonanzwandlerstufe mit einer traditionellen LLC-Topologie implementiert, welche einen zwischen die Wechselstromquelle und den LLC-Wandler geschalteten Brückengleichrichter verwendet. Der LLC-Wandler kann mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis arbeiten. Andere Ausführungsformen können die Resonanzwandlerstufe mit einer ACX-Topologie implementieren, welche dafür ausgelegt ist, ein Wechselspannungssignal von der Wechselstromquelle zu empfangen und ein gleichgerichtetes Signal zu erzeugen. Ausführungsformen, welche die Resonanzwandlerstufe mit einer ACX-Topologie implementieren, können ohne einen Brückengleichrichter arbeiten. Der ACX-Wandler kann mit bidirektionalen Schaltern implementiert werden, die mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis schalten können.
  • Einige Anwendungen können von einer Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung profitieren. Beispielsweise ermöglicht es die USB-PD-Spezifikation Version 1.1, Revision 3.0, dass ein Bildschirm mit einer Netzversorgung gleichzeitig einen Laptop durch ein USB-Kabel lädt, während er als Anzeige arbeitet. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind dafür ausgelegt, ein Wechselspannungssignal von einer Wechselstromquelle zu empfangen und einer Last Strom bereitzustellen, während dem USB-PD-Standard genügt wird. Eine mit einem LLC-Wandler implementierte Resonanzstufe kann verwendet werden, um Energie von der Wechselstromquelle zu einem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler zu übertragen, während eine galvanische Isolation bereitgestellt wird. Eine Diodenbrücke kann verwendet werden, um dem LLC-Wandler ein gleichgerichtetes Signal bereitzustellen.
  • 1a zeigt einen Wandler 100 mit einem LLC-Wandler 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 100 weist eine Wechselstromquelle 102, ein Elektromagnetische-Interferenz(EMI)-Filter 104, eine Diodenbrücke 106, einen Eingangskondensator Cein, einen LLC-Wandler 110, eine Energiespeicherstufe 112, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122, einen Ausgangskondensator Caus und eine Last RLast auf.
  • Während des Normalbetriebs kann die Diodenbrücke 106 ein von der Wechselstromquelle 102 empfangenes Wechselspannungssignal gleichrichten und dem Knoten Vein_LLC eine gleichgerichtete Spannung bereitstellen. Der Kondensator Cein kann einen Energiespeicher bereitstellen, teilweise um die Spannungswelligkeit des Knotens Vein_LLC zu verringern. Der LLC-Wandler 110 kann die gleichgerichtete Spannung empfangen und der Energiespeicherstufe 112 Leistung zuführen. Der LLC-Wandler 110 kann auch unter Verwendung eines Transformators eine galvanische Isolation von der Wechselstromquelle 102 bereitstellen. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 kann verwendet werden, um der Last RLast Leistung zuzuführen und diese zu regeln. Das EMI-Filter 104 kann verwendet werden, um die durch den Wandler 100 erzeugte EMI zu verringern oder zu beseitigen.
  • Die Diodenbrücke 106 ist dafür ausgelegt, ein Wechselspannungssignal von der Wechselstromquelle 102 gleichzurichten und eine Gleichspannung am Knoten Vein_LLC zu erzeugen. Die Diodenbrücke 106 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert sein. Beispielsweise können einige Ausführungsformen Diodenbrücken 106 mit vier Dioden implementieren. Andere Ausführungsformen können synchrone Gleichrichtungstechniken verwenden.
  • Der LLC-Wandler 110 kann ein gleichgerichtetes Signal von der Diodenbrücke 106 empfangen und eine Gleichspannung am Knoten Vaus_LLC erzeugen. Der LLC-Wandler 110 kann als ein herkömmlicher LLC-Wandler implementiert sein. Beispielsweise kann die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 110 moduliert werden, um eine geregelte Spannung am Knoten Vaus_LLC zu erzeugen. Alternativ kann der LLC-Wandler 110 mit Festfrequenztechniken implementiert werden. Beispielsweise kann der LLC-Wandler 110, weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 zwischen den LLC-Wandler 110 und den Ausgangsknoten Vaus geschaltet ist, mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis schalten und kann die Spannung des Knotens Vaus durch den Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 geregelt werden. Die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 122 kann beispielsweise höher als 20 kHz sein. Es sind auch Implementationen mit Frequenzen von 100 kHz oder höher möglich. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der LLC-Wandler 110 ZVS oder QZVS implementieren.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als ein Abwärtswandler, ein Aufwärtswandler oder ein Abwärts-/Aufwärtswandler mit invertierenden und nicht invertierenden Topologien implementiert werden.
  • Das EMI-Filter 104 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Das EMI-Filter 104 kann dafür ausgelegt sein, Frequenzen im Bereich der Frequenzen herauszufiltern, welche der LLC-Wandler 110 schaltet. Weil der LLC-Wandler 110 bei Frequenzen oberhalb der Netzfrequenz schalten kann, kann das EMI-Filter 104 mit kleineren Induktivitäten implementiert werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das EMI-Filter 104 als ein Notch-Filter zum Herausfiltern einer einzigen Frequenz implementiert sein. Beispielsweise kann dies für Ausführungsformen der Fall sein, bei denen der LLC-Wandler 110 mit einem Festfrequenzbetrieb implementiert ist.
  • 1b zeigt eine mögliche Implementation des Wandlers 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1b dargestellt ist, weist die Diodenbrücke 106 4 Dioden auf. Der LLC-Wandler 110 weist eine LLC-Primärschaltung 105, den Transformator 116 und eine LLC-Sekundärschaltung 107 auf. Die LLC-Primärschaltung 105 weist eine Halbbrücke 129, einen Resonanzkondensator 128 und Resonanzinduktivitäten 126 und 124 auf. Die Halbbrücke 129 weist Transistoren 130, 134 auf. Der Transformator 116 weist eine Primärwicklung 118, eine obere Sekundärwicklung 121 und eine untere Sekundärwicklung 122 auf. Die LLC-Sekundärschaltung 107 weist Transistoren 138 und 140 auf. Die Energiespeicherstufe 112 weist einen Kondensator 114 auf. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 ist als nicht invertierender Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert und weist Transistoren 170, 172, 174 und 176, einen Kondensator 159 und eine Induktivität 157 auf. Der Kondensator 159 dient auch als Ausgangskondensator Caus.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der LLC-Wandler 110 ein Gleichspannungssignal am Knoten Vein_LLC und erzeugt eine heruntertransformierte Spannung am Knoten Vaus_LLC. Die Energiespeicherstufe 112 speichert Energie und kann auch die Spannungswelligkeit des Knotens Vaus_LLC verringern. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 empfängt die heruntertransformierte Spannung des Knotens Vaus_LLC und erzeugt eine geregelte Spannung am Knoten Vaus.
  • Der LLC-Wandler 110 kann als ein herkömmlicher LLC-Wandler arbeiten. Beispielsweise kann die Halbbrücke 129 entsprechend Schalttechniken eines herkömmlichen LLC-Wandlers schalten, um Energie zur Sekundärseite des Transformators 116 zu übertragen. Beispielsweise kann die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 110 moduliert werden, um die Spannung des Knotens Vaus_LLC zu steuern. Der LLC-Wandler 110 kann bei Frequenzen oberhalb von 20 kHz schalten. Der LLC-Wandler 110 kann bei Frequenzen um 100 kHz schalten. Es können auch andere Frequenzen verwendet werden.
  • Die LLC-Sekundärschaltung 107 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise kann die LLC-Sekundärschaltung 107, wie in 1b dargestellt ist, mit einer Mittenabgriffskonfiguration implementiert werden. Andere Ausführungsformen können eine LLC-Sekundärschaltung 107 mit einer Spannungsverdopplungstopologie, einer Vollbrückentopologie oder einer anderen auf dem Fachgebiet bekannten Topologie implementieren.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 kann eine geregelte Spannung am Knoten Vaus erzeugen. Weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als ein Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als ein Abwärtswandler arbeiten, wenn die Spannung des Knotens Vaus_LLC höher ist als die gewünschte Spannung bei Vaus, und als ein Aufwärtswandler arbeiten, wenn die Spannung des Knotens Vaus_LLC niedriger als die gewünschte Spannung bei Vaus ist. Wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als ein Abwärtswandler arbeitet, ist der Transistor 176 ausgeschaltet und der Transistor 174 eingeschaltet und schalten die Transistoren 170 und 172 entsprechend einem typischen Abwärtswandler ein und aus. Wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als ein Aufwärtswandler arbeitet, ist der Transistor 170 eingeschaltet und der Transistor 172 ausgeschaltet und schalten die Transistoren 174 und 176 entsprechend einem typischen Aufwärtswandler ein und aus.
  • Weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als ein nicht invertierter Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 unabhängig davon, ob die Wechselstromquelle 102 ein High-Line-Signal oder ein Low-Line-Signal erzeugt, eine geregelte Ausgabe erzeugen. Wenn die Wechselstromquelle 102 beispielsweise eine High-Line-Spannung erzeugt, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 während der längsten Zeit als Abwärtswandler arbeiten. Wenn die Wechselstromquelle 102 eine Low-Line-Spannung erzeugt, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 während der längsten Zeit als Aufwärtswandler arbeiten.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 kann die Spannung des Knotens Vaus beispielsweise auf 20 V, 18 V, 12 V, 10 V, 5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V oder 1 V regeln. Es können auch andere Werte verwendet werden, und der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden und dafür ausgelegt sein, die Spannung zu regeln, während einem bestimmten Standard wie beispielsweise USB-PD genügt wird. Beispielsweise kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122, wie in 1b dargestellt ist, mit einer Abwärts-/Aufwärts-Topologie implementiert werden. Andere Ausführungsformen können den Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 122 als einen Abwärtswandler, einen Aufwärtswandler oder mit einer beliebigen anderen auf dem Fachgebiet bekannten Topologie implementieren. Der Wandler 100 kann modifiziert werden, um einer bestimmten Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerimplementation zu genügen.
  • Die Steuereinrichtung 145 ist dafür ausgelegt, Signale S130, S134, S138, S140, S170, S172, S174 und S176 zu erzeugen, um jeweilige Transistoren 130, 134, 138, 140, 170, 172, 174 und 176 anzusteuern. Die Kopplung der Steuereinrichtung 145 mit den Transistoren 130, 134, 138, 140, 170, 172, 174 und 176 kann durch direkte elektrische Verbindung oder indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 145 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 145 und anderen Komponenten des Wandlers 100 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 145 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 145 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 145 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen in der Art beispielsweise einer Steuereinrichtung zum Steuern des LLC-Wandlers 110 und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 122 implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Der Transformator 116 kann die Primärwicklung 118, die obere Sekundärwicklung 121 und die untere Sekundärwicklung 122 aufweisen. Es sind auch andere Transformatorimplementationen möglich. Beispielsweise kann der Transformator 116 mit einer einzigen Sekundärwicklung implementiert werden. Die Auswahl des Transformators kann von der bestimmten Anwendung abhängen. Der Wandler 100 kann modifiziert werden, um einer bestimmten Transformatorimplementation zu genügen. Beispielsweise können der LLC-Wandler 110 und die Steuereinrichtung 145 modifiziert werden, um einer bestimmten Transformatorauswahl zu genügen. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Resonanzinduktivitäten 126 und 124 in den Transformator 116 aufgenommen sein. Alternativ können der Resonanzkondensator 128 und die Resonanzinduktivitäten 126 und 124 mit diskreten Komponenten implementiert sein. Es sind auch andere Implementationen möglich.
  • 1c zeigt Wellenformen des wie in 1b angegeben implementierten Wandlers 100 während eines Wechselspannungszyklus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1c weist eine Kurve 150 der Drain-Source-Spannung (Vds) des Transistors 130, eine Kurve 152 der Vds des Transistors 134, eine Kurve 165 der Spannung des Knotens Vaus, eine Kurve 164 der Spannung des Knotens Vaus_LLC und die Signale S130, S134, S138, S140, S170, S172, S174 und S176 auf. 1c zeigt Wellenformen des Wandlers 100, wenn mit der ein Low-Line-Wechselspannungssignal erzeugenden Stromquelle 102 gearbeitet wird.
  • Wie in 1c dargestellt ist, schalten die Signale S130, S134, S138 und S140 kontinuierlich entsprechend dem Schalten eines typischen LLC-Wandlers. Die Signale S170, S172, S174 und S176 schalten entweder als Aufwärtswandler oder als Abwärtswandler, wobei dies davon abhängt, ob die Kurve 164 oberhalb oder unterhalb der Kurve 165 liegt. Die Einhüllende der Spannung über die Transistoren 130 und 134 verfolgt das Wechselspannungssignal von der Wechselstromquelle 102, wie in den Kurven 150 und 152 dargestelt ist. Die Kurven 150 und 152 können in 1c nicht voneinander unterscheidbar sein.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen, dass ein LLC-Wandler mit zwei Transistoren auf der Primärseite des Transformators implementiert werden kann. Weil die Transformatorgröße typischerweise im umgekehrten Verhältnis zur Schaltfrequenz steht, kann die Verwendung einer LLC-Topologie mit einer Schaltfrequenz, die erheblich höher ist als die Schaltfrequenz des Netzstroms, zu einem physisch kleinen Transformator führen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt ein ACX-Wandler ein Wechselspannungssignal von einer Wechselstromquelle und erzeugt ein gleichgerichtetes Signal, während er eine galvanische Isolation zwischen der Wechselstromquelle und einer Last bereitstellt. Der ACX-Wandler ist mit einer Halbbrücke implementiert, die zwei bidirektionale Schalter aufweist, welche mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis schalten. Ein mit dem ACX-Wandler gekoppelter Gleichspannungs/Gleichspannungswandler regelt die der Last zugeführte Ausgangsspannung.
  • 2a zeigt den einen ACX-Wandler 208 aufweisenden Wandler 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 200 weist eine Wechselstromquelle 202, ein EMI-Filter 204, einen Eingangskondensator Cein, einen AC-LLC(ACX)-Wandler 208, eine Energiespeicherstufe 212, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 222, einen Ausgangskondensator Caus und eine Last RLast auf.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 208 ein Wechselspannungssignal von der Wechselstromquelle 102 und führt der Energiespeicherstufe 212 und dem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 222 ein gleichgerichtetes Signal zu. Der ACX-Wandler 208 stellt auch durch die Verwendung eines Transformators eine galvanische Isolation von der Wechselstromquelle 102 bereit. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 222 regelt die Leistung für die Last RLast und führt sie dieser zu. Das EMI-Filter 204 kann verwendet werden, um die durch den Wandler 200 erzeugte EMI zu verringern oder zu beseitigen.
  • Wie in 2a dargestellt ist, ist der ACX-Wandler 208 einer vollständigen Wechselspannungssignalschwingung ausgesetzt, statt ein gleichgerichtetes Signal zu empfangen. Weil der ACX-Wandler 208 mit einem Wechselspannungssignal als Eingabe arbeiten kann, kann der Kondensator Cein mit einer kleinen Kapazität implementiert werden. Weil Kondensatoren gewöhnlich bei niedrigeren Kapazitäten physisch kleiner sind, kann die Verwendung eines Kondensators Cein mit einer kleinen Kapazität das physische Volumen des Wandlers 200 verringern.
  • Der ACX-Wandler 208 kann mit bidirektionalen Schaltern implementiert werden, die mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis schalten. Die Schaltfrequenz kann von der bestimmten Anwendung abhängen und beispielsweise 100 kHz betragen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der ACX-Wandler 208 ZVS oder QZVS implementieren. Das Schalttastverhältnis der bidirektionalen Schalter des ACX-Wandlers 208 kann beispielsweise 50 % betragen. Ein kleineres Tastverhältnis kann abhängig von der Anwendung verwendet werden. Beispielsweise kann ein Tastverhältnis, das kleiner als 50 % ist, verwendet werden, um ZVS oder QZVS zu genügen.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 222 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 222 als ein Abwärtswandler, ein Aufwärtswandler oder ein Abwärts-/Aufwärtswandler und mit invertierenden und nicht invertierenden Topologien implementiert werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 222 mit der ACX-Sekundärschaltung 203 kombiniert werden.
  • Das EMI-Filter 204 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Weil der ACX-Wandler 208 mit einer konstanten Frequenz schalten kann, kann das EMI-Filter 204 beispielsweise als ein Notch-Filter implementiert werden, das dafür ausgelegt ist, die Schaltfrequenz des ACX-Wandlers 208 zu entfernen.
  • 2b zeigt eine mögliche Implementation des ACX-Wandlers 208 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der ACX-Wandler 208 weist eine ACX-Primärschaltung 201, einen Transformator 216, die ACX-Sekundärschaltung 203 und eine Steuereinrichtung 245 auf. Die ACX-Primärschaltung 201 weist eine Halbbrücke 229, einen Resonanzkondensator 228 und Resonanzinduktivitäten 226 und 224 auf. Die Halbbrücke 229 weist die bidirektionalen Schalter 230 und 234 auf. Der Transformator 216 weist eine Primärwicklung 218 und eine Sekundärwicklung 220 auf. Die ACX-Sekundärschaltung 203 weist Transistoren 238, 240, 242 und 244 auf.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 208 ein Wechselspannungssignal am Knoten Vein_ACX und führt eine gleichgerichtete Ausgabe am Knoten Vaus_ACX zu. Insbesondere empfängt die Halbbrücke 229 ein Wechselspannungssignal vom Knoten Vein_ACX und schalten die bidirektionalen Schalter 230 und 234 mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis, um Energie auf die Sekundärseiten des Transformators 216 zu übertragen. Die Transistoren 238, 240, 242 und 244 arbeiten als gleichrichtende Brücke, die eine gleichgerichtete Ausgabe am Knoten Vaus_ACX erzeugt.
  • Die Transistoren 238, 240, 242 und 244 können schalten, um eine gleichgerichtete Spannung des Knotens Vaus_ACX gemäß Synchrongleichrichtungstechniken zu erzeugen. Beispielsweise können die Transistoren 238, 240, 242 und 244 mit ZVS oder QZVS gemäß auf dem Fachgebiet bekannten Synchrongleichrichtungstechniken schalten. Wie in 2b ersichtlich ist, kann selbst dann, wenn die Transistoren 238, 240, 242 und 244 kontinuierlich ausgeschaltet sind, eine gleichgerichtete Spannung durch die Body-Dioden der Transistoren 238, 240, 242 und 244 am Knoten Vaus_ACX erzeugt werden. Daher können einige Ausführungsformen Dioden an Stelle von Transistoren für die Transistoren 238, 240, 242 und 244 implementieren.
  • Die Steuereinrichtung 245 ist dafür ausgelegt, Signale S230, S234, S238, S240, S242 und S244 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 238, 240, 242 und 244 zu erzeugen. Wie nachstehend mit Bezug auf die 2c und 2d beschrieben wird, kann das Signal S230 gemäß einigen Ausführungsformen zwei unabhängige Signale zum unabhängigen Steuern zweier unabhängiger Transistoren des bidirektionalen Schalters S230 aufweisen. Ähnlich kann das Signal S234 zwei unabhängige Signale zum unabhängigen Steuern zweier unabhängiger Transistoren des bidirektionalen Schalters S234 aufweisen.
  • Das Koppeln der Steuereinrichtung 245 mit den bidirektionalen Schaltern 230 und 234 und den Transistoren 238, 240, 242 und 244 kann durch direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 245 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 245 und anderen Komponenten des Wandlers 200 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 245 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 245 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 245 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen, beispielsweise eine Steuereinrichtung zum Steuern der ACX-Primärschaltung 201 und eine Steuereinrichtung zum Steuern der ACX-Sekundärschaltung 203, implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Die ACX-Sekundärschaltung 203 kann als Vollbrücken-Synchrongleichrichter implementiert werden. Alternativ können andere Implementationen in der Art einer Mittenabgriffskonfiguration oder eines Spannungsverdopplers verwendet werden. Beispielsweise zeigen die 9a und 10a mögliche Implementationen einer ACX-Sekundärschaltung in einem ACX-Wandler.
  • Der Transformator 216 kann die Primärwicklung 218 und die Sekundärwicklung 220 aufweisen. Es sind auch andere Transformatorimplementationen möglich. Beispielsweise kann der Transformator 216 mit einer Mittenabgriffskonfiguration implementiert werden. Die Auswahl des Transformators kann von der bestimmten Anwendung abhängen. Der Wandler 200 kann modifiziert werden, um einer bestimmten Transformatorimplementation zu genügen. Beispielsweise können der ACX-Wandler 208 und die Steuereinrichtung 245 modifiziert werden, um einer bestimmten Transformatorauswahl zu genügen. Die 9a und 15a zeigen beispielsweise mögliche Implementationen des Transformators 216.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen können die Resonanzinduktivitäten 226 und 224 in den Transformator 216 aufgenommen sein. Alternativ können der Resonanzkondensator 128 und die Resonanzinduktivitäten 226 und 224 mit diskreten Komponenten implementiert sein. Es sind auch andere Implementationen möglich.
  • Die bidirektionalen Schalter 230 und 234 können mit einer festen Frequenz oberhalb der Frequenz der Wechselspannung des Knotens Vein_ACX schalten. Die bestimmte Schaltfrequenz der bidirektionalen Schalter 230 und 234 kann von der bestimmten Anwendung abhängen. Beispielsweise können die bidirektionalen Schalter 230 und 234 mit 100 kHz schalten. Es können auch andere Frequenzen verwendet werden.
  • Die bidirektionalen Schalter 230 und 234 können auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise zeigt 2c eine mögliche Implementation der bidirektionalen Schalter 230 und 234 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2c dargestellt ist, können die bidirektionalen Schalter 230 und 234 mit NMOS-Transistoren in einer Rücken-an-Rücken-Konfiguration mit gemeinsamer Drain-Elektrode implementiert werden. Jeder der Transistoren der bidirektionalen Schalter 230 und 234 kann unabhängig steuerbar sein. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung 245 unabhängige Signale S231, S232, S235 und S236 zum Steuern der bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234 erzeugen.
  • Alternativ können die bidirektionalen Schalter 230 und 234 mit anderen Transistortechnologien und in anderen Konfigurationen implementiert werden. Beispielsweise zeigt 2d mögliche Implementationen bidirektionaler Schalter mit Rücken-an-Rücken-Konfigurationen mit gemeinsamer Source-Elektrode und gemeinsamer Drain-Elektrode und unter Verwendung verschiedener Transistortechnologien unter Einschluss von Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) und Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Andere Transistortypen in der Art von Galliumnitrid(GaN)-Transistoren, GaN-HEMT, Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET), Bipolar-Sperrschichttransistor (BJT) und anderen können auch verwendet werden.
  • Die 2e - 2h zeigen das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers 208 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 2e - 2h das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers 208 bei einem Betrieb in verschiedenen Zuständen. Die 2e und 2f entsprechen dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX in Bezug auf die Primärmasse 209 positiv ist, und die 2g und 2h entsprechen dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX in Bezug auf die Primärmasse 209 negativ ist. Wie in 2e dargestellt ist, ist, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX positiv ist, die ACX-Primärschaltung 201 in einem ersten Zustand, wobei der bidirektionale Schalter 230 geschlossen ist und der bidirektionale Schalter 234 offen ist. Der Strom 246 kann daher vom Kondensator Cein zum Resonanzkondensator 228 und zu der Resonanzinduktivität 226 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann veranlassen, dass ein Strom 248 von Masse 211 durch den Transistor 244, die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 238 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Die Transistoren 238 und 248 können daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während die Transistoren 240 und 242 ausgeschaltet sein können.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und geht die ACX-Primärschaltung 201 in einen zweiten Zustand über, wobei der bidirektionale Schalter 230 offen ist und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen ist, wie in 2f dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann auch der Strom 248 die Richtung wechseln. Der Strom 248 kann daher von Masse 211 durch den Transistor 242, die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 240 zum Knoten Vaus_ACX fließen. Die Transistoren 242 und 242 können daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während die Transistoren 238 und 248 ausgeschaltet sein können. Gemäß einer Ausführungsform, welche die bei einer Schaltfrequenz von 100 kHz schaltenden bidirektionalen Schalter 230 und 234 aufweist, beträgt die Resonanzperiode 10 µs und dauert der im in 2e dargestellten Zustand und in 2f dargestellten Zustand verbrachte Zeitraum in etwa die Hälfte dieser Periode (~5 µs). Der Wert des zugeordneten Kondensators (beispielsweise des Kondensators 228) und der zugeordneten Induktivität (beispielsweise der Induktivität 226) könnte in etwa der Formel der Resonanzfrequenz des Kondensators 228 (C) und der Induktivität 226 (L) folgen: f s w = 1 2 π L C
    Figure DE102018109341A1_0001
  • Wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX negativ ist, kann die ACX-Primärschaltung 201 im ersten Zustand sein, wobei der bidirektionale Schalter 230 geschlossen ist und der bidirektionale Schalter 234 offen ist, wie in 2g dargestellt ist. Der Strom 246 kann daher von der Primärmasse 209 durch die Resonanzinduktivität 226, den Resonanzkondensator 228 und den bidirektionalen Schalter 230 zum Kondensator Cein fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann veranlassen, dass ein Strom 248 von Masse 211 durch den Transistor 242, die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 240 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Die Transistoren 240 und 242 können daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während die Transistoren 238 und 248 ausgeschaltet sein können.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und geht die ACX-Primärschaltung 201 in einen zweiten Zustand über, wobei der bidirektionale Schalter 230 offen ist und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen ist, wie in 2h dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann auch der Strom 248 die Richtung wechseln. Der Strom 248 kann daher von Masse 211 durch den Transistor 244, die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 238 zum Knoten Vaus_ACX fließen. Die Transistoren 238 und 244 können daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während die Transistoren 242 und 240 ausgeschaltet sein können.
  • Wie in den 2e - 2h dargestellt ist, können die bidirektionalen Schalter 230 und 234 mit einer konstanten Frequenz schalten, die mit der Resonanzperiode des den Resonanzkondensator 228 und die Resonanzinduktivität 226 aufweisenden Resonanztanks abgestimmt werden kann. Der im ACX-Wandler 208 fließende Strom kann die Polarität auf der Grundlage der Polarität der Spannung des Knotens Vein_ACX ändern. Mit anderen Worten können die Ströme 246 und 248 eine Phasenverschiebung von 180° in Bezug auf das Schalten der bidirektionalen Schalter 230 und 234 aufweisen, wenn die Polarität der Spannung des Knotens Vein_ACX wechselt.
  • Die 2i und 2j zeigen Wellenformen des ACX-Wandlers 208 während des Normalbetriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wellenformen aus den 2i und 2j können durch Betrachtung der 2e - 2h verstanden werden. Insbesondere betreffen die Wellenformen aus den 2i und 2j Ausführungsformen, bei denen die Wechselstromquelle 202 Low-Line-Wechselspannungssignale erzeugt. 2i zeigt Wellenformen, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX in der Nähe der positivsten Spannung ist, während 2j Wellenformen zeigt, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX in der Nähe der negativsten Spannung ist.
  • Die 2i und 2j weisen Kurven 250 und 252 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 254 des durch die Resonanzinduktivität 224 fließenden Stroms, eine Kurve 256 des durch die Resonanzinduktivität 226 fließenden Stroms, eine Kurve 258 des durch die Primärwicklung 218 fließenden Stroms und eine Kurve 260 des durch die Sekundärwicklung 220 fließenden Stroms und Signale S230, S234, S238, S240, S242 und S244 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 238, 240, 242 und 244 auf.
  • Wie in 2i dargestellt ist, ist, wenn das Signal S230 hoch ist und das Signal S234 niedrig ist, der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom positiv, wie durch eine Kurve 256 dargestellt ist. Der durch die Sekundärwicklung 220 fließende Strom ist negativ und fließt auch durch die Transistoren 238 und 244, die durch die Signale S238 und S244 eingeschaltet werden. Nach einer Resonanzperiode erreicht der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom null. Wenn der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom null erreicht, ist der bidirektionale Schalter 230 infolge des Signals S230 offen und ist der bidirektionale Schalter 234 infolge des Signals S234 geschlossen. Wenn der bidirektionale Schalter 230 offen ist und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen wird, wechselt der durch die Sekundärwicklung 220 fließende Strom die Polarität und wird positiv, während der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom die Polarität wechselt und negativ wird.
  • Ein ähnliches Verhalten wird beobachtet, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX negativ ist. Wie in 2j dargestellt ist, ist, wenn das Signal S230 hoch ist und das Signal S234 niedrig ist, der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom negativ, wie durch die Kurve 256 dargestellt ist. Der durch die Sekundärwicklung 220 fließende Strom ist positiv und fließt auch durch die Transistoren 240 und 242, die durch die Signale S240 und S242 eingeschaltet werden. Nach einer Resonanzperiode erreicht der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom null. Wenn der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom null erreicht, ist der bidirektionale Schalter 230 infolge des Signals S230 offen und ist der bidirektionale Schalter 234 infolge des Signals S234 geschlossen. Wenn der bidirektionale Schalter 230 offen ist und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen ist, wechselt der durch die Sekundärwicklung 220 fließende Strom die Polarität und wird negativ, während der durch die Resonanzinduktivität 226 fließende Strom die Polarität wechselt und positiv wird.
  • 2k zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 271 zum Betreiben eines ACX-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 271 kann im ACX-Wandler 208 implementiert werden, jedoch auch in anderen ACX-Wandlerimplementationen, anderen Schaltungsarchitekturen und in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Arten implementiert werden. Beispielsweise können die ACX-Wandler aus den 3a, 4, 5a, 9a, 10a, 11a, 15a, 16a, 17 und 18 das Verfahren 271 zum Betreiben eines ACX-Wandlers implementieren. In der folgenden Erörterung wird angenommen, dass der ACX-Wandler 208, wie in den 2a - 2h dargestellt ist, das Verfahren 271 zum Betreiben eines ACX-Wandlers implementiert.
  • Der ACX-Wandler empfängt ein Wechselspannungssignal von einer Wechselstromquelle in der Art der Wechselstromquelle 202 während des Schritts 273. Das Wechselspannungssignal kann beispielsweise ein auch als High-Line-Eingangsspannung oder als High-Line-Eingang bezeichnetes High-Line-Wechselspannungssignal oder ein auch als Low-Line-Eingangsspannung oder als Low-Line-Eingang bezeichnetes Low-Line-Wechselspannungssignal sein. Während Schritt 275 schaltet eine das Wechselspannungssignal empfangende Halbbrücke in der Art der Halbbrücke 229 mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis. Insbesondere können ein oberer bidirektionaler Schalter und ein unterer bidirektionaler Schalter der Halbbrücke mit entgegengesetzten Phasen bei der konstanten Frequenz und beim konstanten Tastverhältnis schalten. Das konstante Tastverhältnis kann 50 % betragen oder kleiner sein. Das Tastverhältnis kann so eingestellt werden, dass ZVS oder QZVS erreicht wird. Die konstante Frequenz kann bei oder in der Nähe einer Resonanzfrequenz eines mit der Halbbrücke gekoppelten Resonanztanks eingestellt werden. Der Resonanztank weist einen Resonanzkondensator in der Art des Resonanzkondensators 228 und eine erste und eine zweite Resonanzinduktivität in der Art der Resonanzinduktivitäten 226 bzw. 224 auf. Der Resonanztank kann mit einer Primärwicklung eines Transformators in der Art der Primärwicklung 218 des Transformators 216 gekoppelt werden.
  • Während Schritt 277 wird der Resonanztank aktiviert. Mit anderen Worten wird der Resonanztank so aktiviert, dass er resoniert. Insbesondere wird der Resonanztank, wenn der erste bidirektionale Schalter geschlossen ist und der zweite bidirektionale Schalter offen ist, der Spannung eines ersten Versorgungsknotens in der Art des Knotens Vein_ACX ausgesetzt, wodurch das Fließen von Strom in einer ersten Richtung induziert wird, und wenn der erste bidirektionale Schalter offen ist und der zweite bidirektionale Schalter geschlossen ist, wird der Resonanztank der Spannung eines zweiten Versorgungsknotens in der Art der Primärmasse 209 ausgesetzt, wodurch ein Stromfluss in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung induziert wird.
  • Wenn die Spannung des ersten Versorgungsknotens höher ist als die Spannung des zweiten Versorgungsknotens, kann der erste bidirektionale Schalter geschlossen werden und kann der zweite bidirektionale Schalter geöffnet werden und fließt ein Strom vom ersten Versorgungsknoten durch den Resonanztank und durch die Primärwicklung des Transformators, wie in 2e dargestellt ist. Nach einer Resonanzperiode in der Art einer Resonanzperiode des Resonanztanks wird der erste bidirektionale Schalter geöffnet und der zweite bidirektionale Schalter geschlossen und wechselt der durch den Resonanztank fließende Strom die Polarität, wie in 2f dargestellt ist.
  • Wenn die Spannung des ersten Versorgungsknotens niedriger ist als die Spannung des zweiten Versorgungsknotens, kann der erste bidirektionale Schalter geschlossen werden und kann der zweite bidirektionale Schalter geöffnet werden und fließt ein Strom vom Resonanztank zum ersten Versorgungsknoten, wie in 2g dargestellt ist. Nach einer Resonanzperiode in der Art einer Resonanzperiode des Resonanztanks wird der erste bidirektionale Schalter geöffnet und der zweite bidirektionale Schalter geschlossen und wechselt der durch den Resonanztank fließende Strom die Polarität, wie in 2h dargestellt ist.
  • Weil der durch die Primärwicklung des Transformators fließende Strom die Polarität wechselt, wechselt auch ein in der Sekundärwicklung des Transformators in der Art der Sekundärwicklung 220 induzierter Strom die Polarität, wodurch eine Wechselspannung über die Sekundärwicklung erzeugt wird. Die Wechselspannung der Sekundärwicklung kann mit einer Gleichrichtungsschaltung beispielsweise in der Art der ACX-Sekundärschaltung 203 gleichgerichtet werden. Die Gleichrichtungsschaltung kann nach Synchrongleichrichtungstechniken schalten, um eine gleichgerichtete Spannung eines Ausgangsknotens des ACX-Wandlers in der Art des Knotens Vaus_ACX zu erzeugen. Beispielsweise kann die ACX-Sekundärschaltung 203 schalten, wie in den 2e - 2h und weiter in den 2i und 2j dargestellt ist. Es ist verständlich, dass die ACX-Sekundärschaltung 203 auf andere auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden kann, um eine gleichgerichtete Spannung der Ausgabe des ACX-Wandlers zu erzeugen.
  • Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen ein, dass der ACX-Wandler ohne eine gleichrichtende Brücke zwischen der Wechselstromquelle und dem Eingang des ACX-Wandlers arbeiten kann, weil der ACX-Wandler dafür ausgelegt ist, mit einem Wechselspannungssignal zu arbeiten. Als zusätzlicher Vorteil kann ein kleiner Eingangskondensator Cein verwendet werden, weil der ACX-Wandler ohne Steuern einer Welligkeit der Eingangsspannung arbeiten kann. Die Energiespeicherung mit Kondensatoren mit einer höheren Kapazität kann daher in der Energiespeicherstufe 212 implementiert werden. Weil die Energiespeicherstufe 212 typischerweise niedrigeren Spitzenspannungen ausgesetzt ist als der Knoten Vein_ACX, können Kondensatoren mit niedrigeren Nennwerten verwendet werden. Weil Kondensatoren mit niedrigen Nennspannungen im Allgemeinen kleiner sind als Kondensatoren mit hohen Nennspannungen, kann das physische Volumen von den ACX-Wandler implementierenden Wandlern verringert werden. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können daher ein kleineres physisches Volumen aufweisen als Systeme, die eine gleichrichtende Brücke verwenden, wobei der Energiespeicher auf der Primärseite liegt.
  • Andere Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen ein, dass die Implementation der Steuereinrichtung 245 vereinfacht werden kann, weil die bidirektionalen Schalter 230 und 234 unabhängig von der Polarität der Spannung des Knotens Vein_ACX mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis schalten. Die Verwendung einer festen Frequenz kann den zusätzlichen Vorteil haben, dass die Implementation des EMI-Filters 204 vereinfacht wird, welches implementiert werden kann, um die bestimmte Schaltfrequenz des ACX-Wandlers 208 herauszufiltern. Die verhältnismäßig hohe Schaltfrequenz des ACX-Wandlers 208 kann auch zu einer kleineren Transformatorimplementation führen.
  • ACX-Wandler können auch mit ZVS und QZVS implementiert werden. Beispielsweise zeigen die 3a - 3j den Betrieb einer ACX-Primärschaltung 301 eines ACX-Wandlers 308 mit ZVS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie beispielsweise in 3a dargestellt ist, weist die ACX-Primärschaltung 301 eine Halbbrücke 329, den Resonanzkondensator 228 und die Resonanzinduktivitäten 226 und 224 auf. Die Halbbrücke 329 weist die bidirektionalen Schalter 330 und 334 auf. Die bidirektionalen Schalter 330 und 334 sind mit Schaltern 331 und 332 bzw. 335 und 336 in einer Konfiguration mit gemeinsamer Drain-Elektrode implementiert.
  • Die 3a - 3d zeigen den Betrieb der ACX-Primärschaltung 301, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX höher ist als die Primärmasse 209. Jede der 3a - 3d zeigt einen anderen Betriebszustand der ACX-Primärschaltung 301. Wie in 3a dargestellt ist, kann sich die ACX-Primärschaltung 301, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX höher als die Primärmasse 209 ist, in einem Zustand befinden, in dem die Transistoren 331, 332 und 335 eingeschaltet sind und der Transistor 336 ausgeschaltet ist. Der Strom 346 kann daher vom Kondensator Cein zum Resonanzkondensator 228 und zu der Resonanzinduktivität 226 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann einen Strom 348 induzieren, der in einer ersten Richtung fließt. Eine Zeit, nachdem der Strom 346 zu fließen begonnen hat, wie in 3a dargestellt ist, wird der Transistor 332 ausgeschaltet, wie in 3b dargestellt ist. Wenn der Transistor 332 ausgeschaltet ist, kann der Strom 346 die Drain-Source-Kapazität (Cds) des Transistors 336 entladen, wodurch die Spannung Vds des Transistors 336 verringert wird. Wenn die Spannung Vds des Transistors 336 verringert wird, beispielsweise auf 0 V, wird der Transistor 336 mit ZVS eingeschaltet, wie in 3c dargestellt ist. Wenn die Transistoren 335 und 336 eingeschaltet sind, fließt der Strom 346 vom Resonanzkondensator 228 und von der Resonanzinduktivität 226 durch die Transistoren 335 und 336, wie in 3c dargestellt ist. Weil der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom die Polarität gegenüber 3a gewechselt hat, kann der Strom 348 auch die Polarität wechseln und in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durch die Sekundärwicklung 220 fließen. Eine Zeit nach dem Einschalten des Transistors 336 wird der Transistor 336 ausgeschaltet, wie in 3d dargestellt ist. Wenn der Transistor 336 ausgeschaltet ist, kann der Strom 346 die Cds-Kapazität des Transistors 332 entladen, wodurch die Spannung Vds des Transistors 332 verringert wird. Wenn die Spannung Vds des Transistors 332 beispielsweise auf 0 V verringert wird, wird der Transistor 332 mit ZVS eingeschaltet, wie in 3a dargestellt ist, wodurch die Sequenz wiederholt wird.
  • 3e zeigt Wellenformen der mit ZVS schaltenden ACX-Primärschaltung 308, wenn die Eingangsspannung eine positive Polarität aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wellenformen aus 3e können durch Betrachtung der 3a - 3d verstanden werden. 3e weist Kurven 350 und 352 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 330 bzw. 334, Kurven 351 und 353 des durch die bidirektionalen Schalter 330 bzw. 334 fließenden Stroms und Signale S331, S332, S335 und S336 zum Ansteuern der Transistoren 331, 332, 335 bzw. 336 auf.
  • Wie in 3e dargestellt ist, sind zur Zeit t0 die Transistoren 331, 332 und 335 eingeschaltet, während der Transistor 336 ausgeschaltet ist, was 3a entspricht. Während der Zeit zwischen t0 und t1 ist die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 niedrig und liegt in der Nähe von 0 V, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 hoch ist, wie in den Kurven 350 bzw. 352 dargestellt ist. Während der Zeit zwischen t0 und t1 steigt der durch den bidirektionalen Schalter 330 fließende Strom an, erreicht dann einen Spitzenwert und nimmt dann entsprechend einer Resonanzperiode ab, wie durch Kurve 351 gezeigt ist. Während der Zeit zwischen t0 und t1 fließt kein Strom durch den bidirektionalen Schalter 334, wie durch Kurve 353 dargestellt ist. Zur Zeit t1 wird der Transistor 332 ausgeschaltet, was 3b entspricht.
  • Während der Zeit zwischen t1 und t2 nimmt die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 zu, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 abnimmt, wie durch die Kurven 350 bzw. 352 dargestellt ist. Zur Zeit t2 kann der Transistor 336 daher mit ZVS eingeschaltet werden, was 3c entspricht.
  • Während der Zeit zwischen t2 und t3 ist die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 niedrig und liegt in der Nähe von 0 V, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 hoch ist, wie in den Kurven 352 bzw. 350 dargestellt ist. Während der Zeit zwischen t2 und t3 nimmt der durch den bidirektionalen Schalter 334 fließende Strom zu, erreicht dann einen Spitzenwert und nimmt dann entsprechend einer Resonanzperiode ab, wie durch Kurve 353 gezeigt ist, während kein Strom durch den bidirektionalen Schalter 330 fließt, wie durch Kurve 351 dargestellt ist. Zur Zeit t3 wird der Transistor 336 ausgeschaltet, was 3d entspricht.
  • Während der Zeit zwischen t3 und t4 nimmt die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 ab, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 zunimmt, wie durch die Kurven 350 bzw. 352 dargestellt ist. Zur Zeit t4 kann der Transistor 332 daher mit ZVS eingeschaltet werden, was 3a entspricht, wodurch die Sequenz wiederholt wird.
  • Die 3f - 3i zeigen den Betrieb der ACX-Primärschaltung 301, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX niedriger als die Primärmasse 209 ist. Wie in 3f dargestellt ist, sind, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX niedriger als die Primärmasse 209 ist, die Transistoren 332, 335 und 336 eingeschaltet, während der Transistor 331 ausgeschaltet ist. Daher kann der Strom 346 durch den bidirektionalen Schalter 334 zum Resonanzkondensator 228 und zu der Resonanzinduktivität 226 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann einen Strom 348 induzieren, der in der ersten Richtung fließt. Eine Zeit, nachdem der Strom 346 zu fließen begonnen hat, wie in 3f dargestellt ist, wird der Transistor 335 ausgeschaltet, wie in 3g dargestellt ist. Wenn der Transistor 335 ausgeschaltet ist, kann der Strom 346 die Cds-Kapazität des Transistors 331 entladen, wodurch die Spannung Vds des Transistors 331 verringert wird. Wenn die Spannung Vds des Transistors 331 verringert wird, beispielsweise auf 0 V, wird der Transistor 331 mit ZVS eingeschaltet, wie in 3h dargestellt ist. Wenn die Transistoren 331 und 332 eingeschaltet sind, fließt der Strom 346 vom Resonanzkondensator 228 und von der Resonanzinduktivität 226 durch die Transistoren 331 und 332, wie in 3h dargestellt ist. Weil der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom die Polarität gegenüber 3f gewechselt hat, kann der Strom 348 auch die Polarität wechseln und in der zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durch die Sekundärwicklung 220 fließen. Eine Zeit nach dem Einschalten des Transistors 331 wird der Transistor 331 ausgeschaltet, wie in 3i dargestellt ist. Wenn der Transistor 331 ausgeschaltet ist, kann der Strom 346 die Cds-Kapazität des Transistors 335 entladen, wodurch die Spannung Vds des Transistors 335 verringert wird. Wenn die Spannung Vds des Transistors 335 beispielsweise auf 0 V verringert wird, wird der Transistor 335 mit ZVS eingeschaltet, wie in 3e dargestellt ist, wodurch die Sequenz wiederholt wird.
  • 3j zeigt Wellenformen der mit ZVS schaltenden ACX-Primärschaltung 308, wenn die Eingangsspannung eine negative Polarität aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wellenformen aus 3j können durch Betrachtung der 3f - 3i verstanden werden. 3j weist die Kurven 350 und 352 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 330 bzw. 334, die Kurven 351 und 353 des durch die bidirektionalen Schalter 330 bzw. 334 fließenden Stroms und die Signale S331, S332, S335 und S336 zum Ansteuern der Transistoren 331, 332, 335 bzw. 336 auf.
  • Wie in 3j dargestellt ist, sind zur Zeit t0 die Transistoren 332, 335 und 336 eingeschaltet, während der Transistor 331 ausgeschaltet ist, was 3f entspricht. Während der Zeit zwischen t0 und t1 ist die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 niedrig und liegt in der Nähe von 0 V, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 hoch ist, wie in den Kurven 352 bzw. 350 dargestellt ist. Während der Zeit zwischen t0 und t1 nimmt der durch den bidirektionalen Schalter 334 fließende Strom zu, erreicht dann einen Spitzenwert und nimmt dann entsprechend einer Resonanzperiode ab, wie durch Kurve 353 gezeigt ist, während kein Strom durch den bidirektionalen Schalter 330 fließt, wie durch Kurve 351 dargestellt ist. Zur Zeit t1 wird der Transistor 335 ausgeschaltet, was 3g entspricht.
  • Während der Zeit zwischen t1 und t2 nimmt die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 ab, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 zunimmt, wie durch die Kurven 350 bzw. 352 dargestellt ist. Zur Zeit t2 kann der Transistor 331 daher mit ZVS eingeschaltet werden, was 3h entspricht.
  • Während der Zeit zwischen t2 und t3 ist die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 niedrig und liegt in der Nähe von 0 V, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 hoch ist, wie durch die Kurven 350 bzw. 352 dargestellt ist. Während der Zeit zwischen t2 und t3 nimmt der durch den bidirektionalen Schalter 330 fließende Strom zu, erreicht dann einen Spitzenwert und nimmt dann entsprechend einer Resonanzperiode ab, wie durch Kurve 351 gezeigt ist, während kein Strom durch den bidirektionalen Schalter 334 fließt, wie durch Kurve 353 dargestellt ist. Zur Zeit t3 wird der Transistor 331 ausgeschaltet, was 3i entspricht.
  • Während der Zeit zwischen t3 und t4 nimmt die Spannung über den bidirektionalen Schalter 334 ab, während die Spannung über den bidirektionalen Schalter 330 zunimmt, wie durch die Kurven 352 bzw. 350 dargestellt ist. Zur Zeit t4 kann der Transistor 335 daher mit ZVS eingeschaltet werden, was 3f entspricht, wodurch die Sequenz wiederholt wird.
  • Wenngleich die ACX-Primärschaltung 301 die mit NMOS-Transistoren in einer Rücken-an-Rücken-Konfiguration mit einer gemeinsamen Drain-Elektrode implementierten bidirektionalen Schalter 330 und 334 aufweist, ist zu verstehen, dass auch andere Transistortypen und - konfigurationen möglich sind. Beispielsweise kann die ACX-Primärschaltung mit ZVS mit beliebigen der in 2d dargestellten bidirektionalen Schalter implementiert werden. Die Steuerung der Schaltsignale der bidirektionalen Schalter kann geändert werden, um unterschiedlichen Konfigurationen bidirektionaler Schalter Rechnung zu tragen.
  • 3k zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 370 zum Betreiben einer ACX-Primärschaltung mit ZVS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 370 kann in der ACX-Primärschaltung 301 implementiert werden, es kann jedoch auch in anderen Schaltungsarchitekturen und auf andere auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise können die ACX-Wandler aus den 2a, 4, 5a, 9a, 10a, 11a, 15a, 16a, 17 und 18 das Verfahren 271 zum Betreiben eines ACX-Wandlers implementieren. In der folgenden Erörterung wird angenommen, dass die in den 3a - 3d und 3f - 3i dargestellte ACX-Primärschaltung 301 das Verfahren 370 zum Betreiben einer ACX-Primärschaltung mit ZVS implementiert.
  • Die ACX-Primärschaltung empfängt ein Wechselspannungssignal von einer Wechselstromquelle in der Art der Wechselstromquelle 202 während des Schritts 372. Das Wechselspannungssignal kann beispielsweise ein High-Line-Wechselspannungssignal oder ein Low-Line-Wechselspannungssignal sein. Die Polarität des Wechselspannungssignals wird während Schritt 374 festgelegt. Falls das Wechselspannungssignal positiv ist, werden nicht blockierende Transistoren in der Art der Transistoren 331 und 335 während Schritt 376 eingeschaltet. Während Schritt 378 wird ein erster blockierender Transistor in der Art des Transistors 332 eingeschaltet. Daher kann Strom durch den ersten blockierenden Transistor und einen Resonanztank in der Art eines Resonanztanks, der den Resonanzkondensator 228 und die Resonanzinduktivität 226 aufweist, fließen. Während Schritt 380 und einer ersten Zeit, nachdem der erste blockierende Transistor eingeschaltet wurde, wird der erste blockierende Transistor ausgeschaltet. Die erste Zeit kann im Wesentlichen der Resonanzperiode des Resonanztanks ähneln. Beim Ausschalten des ersten blockierenden Transistors kann eine Drain-Kapazität eines zweiten blockierenden Transistors in der Art der Transistoren 336 entladen werden und bewirkt werden, dass der durch den Resonanztank fließende Strom die Polarität wechselt. Während Schritt 382 und einer zweiten Zeit nach dem Ausschalten des ersten blockierenden Transistors kann der zweite blockierende Transistor eingeschaltet werden. Weil die Drain-Kapazität des zweiten Transistors beispielsweise auf 0 V verringert wird, kann der zweite blockierende Transistor während Schritt 382 mit ZVS einschalten. Während Schritt 384 und einer dritten Zeit nach dem Einschalten des zweiten blockierenden Transistors kann der zweite blockierende Transistor ausgeschaltet werden. Die dritte Zeit kann der ersten Zeit im Wesentlichen ähneln. Beim Ausschalten des zweiten blockierenden Transistors kann eine Drain-Kapazität des ersten blockierenden Transistors entladen werden und bewirkt werden, dass der durch den Resonanztank fließende Strom die Polarität wechselt. Die Polarität des Wechselspannungssignals wird während Schritt 374 geprüft. Falls die Polarität des Wechselspannungssignals positiv bleibt, kann Schritt 376 übersprungen werden und kann der erste blockierende Transistor während Schritt 378 eingeschaltet werden, wodurch die Sequenz wiederholt wird. Weil die Drain-Kapazität des ersten blockierenden Transistors beispielsweise auf 0 V verringert wird, kann der erste blockierende Transistor während Schritt 378 mit ZVS eingeschaltet werden. Die Sequenz der 378, 380, 382 und 384 umfassenden Schritte entspricht der Schleife 385. Weil die Schaltfrequenz der blockierenden Transistoren höher als die Netzfrequenz ist, ist zu verstehen, dass die Schleife 385 mehrere Male nacheinander ausgeführt werden kann.
  • Die Bestimmung, welche Transistoren nicht blockierende Transistoren sind, kann von der Polarität des Wechselspannungssignals sowie von der Konfiguration des bidirektionalen Schalters abhängen. Beispielsweise sind für ein positives Wechselspannungssignal die nicht blockierenden Transistoren der ACX-Primärschaltung 301 die Transistoren 331 und 335 und sind die blockierenden Transistoren der ACX-Primärschaltung 301 die Transistoren 332 und 336. Für ein negatives Wechselspannungssignal sind die nicht blockierenden Transistoren der ACX-Primärschaltung 301 die Transistoren 332 und 336 und sind die blockierenden Transistoren der ACX-Primärschaltung 301 die Transistoren 331 und 335. Fachleute wären in der Lage, abhängig von der Polarität des Wechselspannungssignals und von der Implementation des bidirektionalen Schalters zu bestimmen, welche Transistoren des bidirektionalen Schalters blockieren und welche nicht blockieren.
  • Falls das Wechselspannungssignal negativ ist, werden nicht blockierende Transistoren in der Art der Transistoren 332 und 336 während Schritt 376 eingeschaltet. Während Schritt 386 wird ein dritter blockierender Transistor in der Art des Transistors 335 eingeschaltet. Daher kann ein Strom durch den dritten blockierenden Transistor und den Resonanztank fließen. Während Schritt 388 und einer vierten Zeit, nachdem der dritte blockierende Transistor eingeschaltet wurde, wird der vierte blockierende Transistor ausgeschaltet. Die vierte Zeit kann der ersten Zeit im Wesentlichen ähneln. Beim Ausschalten des dritten blockierenden Transistors kann eine Drain-Kapazität eines vierten blockierenden Transistors in der Art der Transistoren 331 entladen werden und bewirkt werden, dass der durch den Resonanztank fließende Strom die Polarität wechselt. Während Schritt 390 und einer fünften Zeit nach dem Ausschalten des dritten blockierenden Transistors kann der vierte blockierende Transistor eingeschaltet werden. Weil die Drain-Kapazität des vierten Transistors beispielsweise auf 0 V verringert wird, kann der vierte blockierende Transistor während Schritt 382 mit ZVS einschalten. Während Schritt 392 und einer sechsten Zeit nach dem Einschalten des vierten blockierenden Transistors kann der vierte blockierende Transistor ausgeschaltet werden. Die sechste Zeit kann der ersten Zeit im Wesentlichen ähneln. Beim Ausschalten des vierten blockierenden Transistors kann eine Drain-Kapazität des dritten blockierenden Transistors entladen werden und bewirkt werden, dass der durch den Resonanztank fließende Strom die Polarität wechselt. Die Polarität des Wechselspannungssignals wird während Schritt 374 geprüft. Falls die Polarität des Wechselspannungssignals negativ bleibt, kann Schritt 386 übersprungen werden und kann der dritte blockierende Transistor während Schritt 388 eingeschaltet werden, wodurch die Sequenz wiederholt wird. Weil die Drain-Kapazität des dritten blockierenden Transistors beispielsweise auf 0 V verringert wird, kann der dritte blockierende Transistor während Schritt 378 mit ZVS eingeschaltet werden. Die Sequenz der 388, 390, 392 und 394 umfassenden Schritte entspricht der Schleife 387. Weil die Schaltfrequenz der blockierenden Transistoren höher als die Netzfrequenz ist, ist zu verstehen, dass die Schleife 387 mehrere Male nacheinander ausgeführt werden kann.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen eine erhöhte Effizienz, die sich daraus ergibt, dass der ACX-Wandler sowohl in der ACX-Primärschaltung als auch der ACX-Sekundärschaltung mit ZVS oder QZVS schaltet. Weil der nicht blockierende Transistor nicht während einer ersten Polarität des Wechselspannungssignals schalten kann, kann das Schalten der ACX-Primärschaltung beispielsweise nur mit zwei Transistoren, die bei der ACX-Schaltfrequenz schalten, vereinfacht werden.
  • Zusätzlich zu einem mit einer festen Frequenz und einem festen Tastverhältnis arbeitenden ACX-Wandler kann die Steuerung des ACX-Wandlers weiter vereinfacht werden. Beispielsweise zeigt 4 einen ACX-Wandler 408 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der ACX-Wandler 408 weist die ACX-Primärschaltung 201, den Transformator 216, eine ACX-Sekundärschaltung 403 und eine Steuereinrichtung 445 auf. Der Transformator 216 weist die Primärwicklung 218 und die Sekundärwicklung 220 in einem n : 1-Verhältnis auf. Die ACX-Sekundärschaltung 403 weist Dioden 438, 440, 442 und 444 auf.
  • Der ACX-Wandler 408 kann ähnlich wie der ACX-Wandler 208 arbeiten. Der ACX-Wandler 408 verwendet jedoch die Dioden 438, 440, 442 und 444 an Stelle der Transistoren 238, 240, 242 und 244 für Gleichrichtungszwecke.
  • Gemäß der Ausführungsform aus 4 kann Energie von der Primärseite des Transformators 216 auf die Sekundärseite des Transformators 216 übertragen werden, wenn der Absolutwert der Spannung des Knotens Vein_ACX, um das Wicklungsverhältnis des Transformators 216 korrigiert, höher ist als der Spannungsknoten Vaus_ACX. Insbesondere kann Energie von der Primärseite des Transformators 216 auf seine Sekundärseite übertragen werden, wenn | V ein_ACX | > 2 ⋅ n ⋅ V aus_ACX
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    ist, wobei n das Wicklungsverhältnis des Transformators 216 ist. Gemäß einigen Ausführungsformen ist n gleich 2. Es können auch andere Werte von n verwendet werden. Gleichung 1 wird auch als Vorwärtsenergieübertragungsregel bezeichnet. Wenn Gleichung 1 wahr ist, ist die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt und wird Energie von der Primärseite des Transformators auf die Sekundärseite des Transformators übertragen. Wenn Gleichung 1 falsch ist, ist die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt. Wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt ist, können die Dioden 438, 440, 442 und 444 die Übertragung von Energie von der Sekundärseite des Transformators zurück zu seiner Primärseite verhindern.
  • Die Steuereinrichtung 445 ist dafür ausgelegt, die Signale S230, S234 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234 zu erzeugen. Wie vorstehend mit Bezug auf die ACX-Wandler 208 und 308 beschrieben wurde, können die Signale S230 und S240 zusätzliche Signale zum Ansteuern interner Transistoren der bidirektionalen Schalter aufweisen und dafür ausgelegt sein, die bidirektionalen Schalter 230 und 234 mit ZVS zu schalten. Die Steuereinrichtung 445 kann daher die Signale S230 und S234 in einer offenen Regelschleife erzeugen. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung 445 den ACX-Wandler 408 steuern, ohne Signale des ACX-Wandlers 408 zu messen.
  • Wenn die ACX-Sekundärschaltung mit Transistoren implementiert ist, können die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung eingeschaltet werden, um Leitungsverluste zu verringern, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist. Die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung können ausgeschaltet werden, um eine Energieübertragung von der Sekundärseite des Transformators auf die Primärseite des Transformators zu verhindern, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt ist. Beispielsweise zeigen die 5a und 5b ein schematisches Diagramm und Wellenformen eines ACX-Wandlers 508, wenn mit einem ersten Steuermodus gearbeitet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5a dargestellt ist, weist der ACX-Wandler 508 die ACX-Primärschaltung 201, den Transformator 216, die ACX-Sekundärschaltung 203, eine Steuereinrichtung 545 und einen Stromsensor 543 auf.
  • Der ACX-Wandler 508 kann ähnlich wie der ACX-Wandler 408 arbeiten. Der ACX-Wandler 508 verwendet jedoch die Transistoren 238, 240, 242 und 244 an Stelle der Dioden 438, 440, 442 und 444 für Gleichrichtungszwecke.
  • Um eine Energieübertragung von der Sekundärseite des Transformators 216 auf die Primärseite des Transformators 216 zu verhindern, kann die Steuereinrichtung 545 die Transistoren 238, 240, 242 und 244 ausschalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt ist. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung 545 das Schalten der Transistoren 238, 240, 242 und 244 entsprechend Synchrongleichrichtungstechniken einleiten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, und die Transistoren 238, 240, 242 und 244 ausschalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt ist.
  • Um festzustellen, wann mit dem Schalten der Transistoren 238, 240, 242 und 244 zu beginnen ist, kann die Steuereinrichtung 545 messen, wann der durch die Body-Dioden der Transistoren 238, 240, 242 oder 244 fließende Strom positiv wird. Ein Weg zum Erkennen, wann der durch die Body-Dioden der Transistoren 238, 240, 242 oder 244 fließende Strom positiv wird, besteht darin, einen Strom, der zum Knoten Vaus_ACX fließt, mit dem Stromsensor 543 zu überwachen. Die Steuereinrichtung 545 kann daher mit dem Schalten der Transistoren 238, 240, 242 und 244 gemäß Synchrongleichrichtungstechniken beginnen, wenn der durch den Stromsensor 543 fließende Strom positiv wird.
  • Um festzustellen, wann das Schalten der Transistoren 238, 240, 242 und 244 beendet werden soll, kann die Steuereinrichtung 545 die Spannung am Knoten Vaus_ACX messen und die Transistoren 238, 240, 242 und 244 ausschalten, wenn die Spannung des Knotens Vaus_ACX einen Spitzenwert erreicht. Die Bestimmung des Spitzenwerts kann mit einem Spitzendetektor (nicht dargestellt) ausgeführt werden.
  • Der Stromsensor 543 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise kann ein Analog-Digital-Wandler (ADC) verwendet werden, um eine Spannung über einen Abtastwiderstand zu messen und dadurch den Strom zu bestimmen. Es können auch andere Schaltungen und Verfahren verwendet werden, um den Stromsensor 543 zu implementieren.
  • Die Steuereinrichtung 545 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten mit dem Stromsensor 543 und dem Knoten Vaus_ACX gekoppelt werden. Beispielsweise können Optokoppler für Kopplungszwecke verwendet werden, um die Steuereinrichtung elektrisch von anderen Teilen der Schaltung zu isolieren. Alternativ kann die Steuereinrichtung 545 auf andere auf dem Fachgebiet bekannte Arten elektrisch isoliert werden. Andere Ausführungsformen können die Steuereinrichtung 545 mit einer direkten elektrischen Verbindung mit dem Stromsensor 543 und dem Knoten Vaus_ACX koppeln.
  • 5b zeigt Wellenformen des ACX-Wandlers 508, wenn mit einem ersten Steuermodus gearbeitet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5b weist die Kurven 250 und 252 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, die Kurve 256 des durch die Resonanzinduktivität 226 fließenden Stroms, eine Kurve 264 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 266 des Absolutwerts der Spannung des Knotens Vein_ACX, eine Kurve 262 der Spannung des Knotens Vaus_ACX multipliziert mit dem Zweifachen des Wicklungsverhältnisses des Transformators 216 (2 · n · Vaus_ACX) und die Signale S230, S234, S238, S240, S242 und S244 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 238, 240, 242 und 244 auf.
  • Die Wellenformen aus 5b können durch Betrachtung der Wellenformen aus den 2i und 2j verstanden werden. Insbesondere zeigt 5b Wellenformen über eine volle Periode des Wechselspannungssignals des Knotens Vein_ACX. Weil die bidirektionalen Schalter 230 und 234 bei Frequenzen schalten, die erheblich höher sind als die Frequenz des Wechselspannungssignals, können die Kurven 250 und 252 in 5b nicht voneinander unterscheidbar sein. Wie in 5b dargestellt ist, schalten die Signale S230 und S234 kontinuierlich. Die Transistoren 238, 240, 242 und 244 werden ein- und ausgeschaltet, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist. Insbesondere beginnen die Transistoren 238, 240, 242 und 244 zu schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, wie durch die Kurven 262 und 264 zu den Zeiten t1 und t4 dargestellt ist, und sie beenden das Schalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX einen Spitzenwert erreicht, wie durch die Kurve 266 zu den Zeiten t2 und t3 dargestellt ist.
  • Wie in 5b dargestellt ist, schaltet der ACX-Wandler 508 die bidirektionalen Schalter 230 und 234 während der vollen Periode des Wechselspannungssignals des Knotens Vein_ACX kontinuierlich. Die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung 203 schalten während Abschnitten der Periode, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist. Einige Ausführungsformen können das Schalten der bidirektionalen Schalter 230 und 234 während Zeiträumen unterbrechen, wie beispielsweise in den Ausführungsformen aus den 6 - 8 dargestellt ist. Einige Ausführungsformen können die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung 203 kontinuierlich schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, wie beispielsweise in der Ausführungsform aus 7 dargestellt ist. Ausführungsformen, welche die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung 203 während verschiedener Zeiten schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, sind auch möglich. Beispielsweise zeigen die 6 - 8 Wellenformen verschiedener ACX-Wandler, welche verschiedene Steuermodi verwenden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 5b zeigt ein Wellenformdiagramm eines ACX-Wandlers, wenn mit einem zweiten Steuermodus gearbeitet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wellenformen aus 6 können beispielsweise durch Betrachtung des ACX-Wandlers 208 oder 508 verstanden werden. 6 weist die Kurven 650 und 652 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, die Kurve 656 des durch die Resonanzinduktivität 226 fließenden Stroms, eine Kurve 664 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 666 des Absolutwerts der Spannung des Knotens Vein_ACX, eine Kurve 662 der Spannung des Knotens Vaus_ACX multipliziert mit dem Zweifachen des Wicklungsverhältnisses des Transformators 216 (2 · n · Vaus_ACX) und die Signale S230, S234, S238, S240, S242 und S244 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 238, 240, 242 und 244 auf.
  • Wie in 6 dargestellt ist, beginnen die bidirektionalen Schalter 230 und 234 zu schalten, wenn das Wechselspannungssignal des Knotens Vein_ACX einen Nulldurchgang hat, und sie beenden das Schalten, wenn das Schalten des Wechselspannungssignals des Knotens Vein_ACX eine Spitze annimmt. Während Zeiten, zu denen die bidirektionalen Schalter 230 und 234 nicht schalten, kann der bidirektionale Schalter 230 ausgeschaltet sein, während der bidirektionale Schalter 234 eingeschaltet sein kann, wie durch die Signale S230 und S234 dargestellt ist und durch Kurven 650 bzw. 652 reflektiert wird. Indem der bidirektionale Schalter 234 eingeschaltet wird, kann eine Spannung über den Resonanztank geklemmt werden und ein Weg für das Fließen von Strom bereitgestellt werden.
  • Durch Vermeiden des Schaltens der bidirektionalen Schalter während Zeiten, zu denen es keine Energieübertragung von der Primärseite des Transformators 216 auf seine Sekundärseite gibt, kann die Effizienz des ACX-Wandlers erhöht werden. Insbesondere können einige der Schaltverluste in Zusammenhang mit dem Schalten der bidirektionalen Schalter vermieden werden, ohne dass die Energiezufuhr erheblich beeinflusst wird.
  • Das Erkennen der Anfangszeit und der Endzeit für das Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten geschehen. Beispielsweise kann die Anfangszeit durch Überwachen der Spannung des Knotens Vein_ACX und Erkennen des Nulldurchgangs erkannt werden. Die Endzeit kann durch Überwachen der Spannung des Knotens Vein_ACX und Erkennen der Spitzenspannung des Knotens Vein_ACX bestimmt werden. Alternativ kann ein ACX-Wandler die Frequenz des Wechselspannungssignals des Knotens Vein_ACX bestimmen und einen Zeitgeber verwenden, der von der Zeit an zählt, zu der der Nulldurchgang erkannt wird, um festzustellen, wann das Schalten der bidirektionalen Schalter 230 und 234 zu beenden ist. Es können auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren verwendet werden.
  • 7 zeigt ein Wellenformdiagramm eines ACX-Wandlers, wenn mit einem dritten Steuermodus gearbeitet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wellenformen aus 7 können beispielsweise durch Betrachtung des ACX-Wandlers 208 oder 508 verstanden werden. 7 weist die Kurven 750 und 752 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, die Kurve 756 des durch die Resonanzinduktivität 226 fließenden Stroms, eine Kurve 764 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 766 des Absolutwerts der Spannung des Knotens Vein_ACX, eine Kurve 762 der Spannung des Knotens Vaus_ACX multipliziert mit dem Zweifachen des Wicklungsverhältnisses des Transformators 216 (2 · n · Vaus_ACX) und die Signale S230, S234, S238, S240, S242 und S244 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 238, 240, 242 und 244 auf.
  • Wie in 7 dargestellt ist, beginnen die bidirektionalen Schalter 230 und 234 zu schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, und beenden das Schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt ist. Ähnlich beginnen die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung 203 das Schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, und beenden das Schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung nicht erfüllt ist.
  • Das Erkennen der Anfangszeit und der Endzeit für das Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten geschehen. Beispielsweise kann die Anfangszeit durch Überwachen der Spannung des Knotens Vein_ACX und Vergleichen von ihr mit der Spannung des Knotens Vaus_ACX erkannt werden, um es festzustellen, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist. Es können auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren verwendet werden.
  • 8 zeigt ein Wellenformdiagramm eines ACX-Wandlers, wenn mit einem vierten Steuermodus gearbeitet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wellenformen aus 8 können beispielsweise durch Betrachtung des ACX-Wandlers 208 oder 508 verstanden werden. 8 weist Kurven 850 und 852 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 856 des durch die Resonanzindukt 226 fließenden Stroms, eine Kurve 864 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 866 des Absolutwerts der Spannung des Knotens Vein_ACX, eine Kurve 862 der Spannung des Knotens Vaus_ACX multipliziert mit dem Zweifachen des Wicklungsverhältnisses des Transformators 216 (2 · n · Vaus_ACX) und die Signale S230, S234, S238, S240, S242 und S244 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 238, 240, 242 und 244 auf.
  • Wie in 8 dargestellt ist, beginnen die bidirektionalen Schalter 230 und 234 zu schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, und beenden das Schalten, wenn die Spannung am Knoten Vein_ACX einen Spitzenwert erreicht. Ähnlich beginnen die Transistoren der ACX-Sekundärschaltung 203 zu schalten, wenn die Vorwärtsenergieübertragungsbedingung erfüllt ist, und beenden das Schalten, wenn die Spannung am Knoten Vein_ACX einen Spitzenwert erreicht. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Betrieb des ACX-Wandlers mit dem vierten Steuermodus zu einer höheren Spannung am Knoten Vaus_ACX als bei Verwendung des dritten Steuermodus führen.
  • Die ACX-Sekundärschaltung kann in verschiedenen Topologien implementiert werden. Beispielsweise zeigt 9a einen ACX-Wandler 908 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der ACX-Wandler 908 weist die ACX-Primärschaltung 201, den Transformator 916, eine ACX-Sekundärschaltung 903 und eine Steuereinrichtung 945 auf. Der Transformator 916 weist eine Primärwicklung 218, eine obere Sekundärwicklung 921 und eine untere Sekundärwicklung 922 auf. Die ACX-Sekundärschaltung 903 weist Transistoren 938 und 940 auf.
  • Der ACX-Wandler 908 kann ähnlich dem ACX-Wandler 208 arbeiten und das Verfahren 271 zum Betreiben eines ACX-Wandlers implementieren. Der ACX-Wandler 908 kann auch ZVS und das Verfahren 370 zum Betreiben einer ACX-Primärschaltung mit ZVS implementieren. Der ACX-Wandler 908 implementiert die ACX-Sekundärschaltung 908 jedoch mit einer Mittenabgriffstopologie an Stelle der Vollbrückentopologie der ACX-Sekundärschaltung 208. Die Steuereinrichtung 945 kann entsprechend angepasst werden.
  • Die 9b - 9e zeigen das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers 908 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere entsprechen die 9b und 9c dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX positiv ist, und entsprechen die 9d und 9e dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX negativ ist. Wie in den 9b - 9e dargestellt ist, ähneln das Schalten und der Betrieb der ACX-Primärschaltung 203 des ACX-Wandlers 908 jenen des ACX-Wandlers 208, wie durch die 2e - 2h dargestellt ist.
  • Wie in 9b dargestellt ist, ist, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX positiv ist, der bidirektionale Schalter 230 geschlossen und der bidirektionale Schalter 234 offen. Der Strom 246 kann daher vom Kondensator Cein zum Resonanzkondensator 228 und zu der Resonanzinduktivität 226 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann bewirken, dass ein Strom 948 von der Masse 211 durch einen Transistor 940 und die untere Sekundärwicklung 922 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Der Transistor 940 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 938 ausgeschaltet sein kann.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und ist der bidirektionale Schalter 230 offen und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen, wie in 9c dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann sich der Strom 948 ändern. Der Strom 948 kann daher von der Masse 211 durch den Transistor 938 und die obere Sekundärwicklung 921 zum Knoten Vaus_ACX fließen. Der Transistor 938 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 940 ausgeschaltet sein kann.
  • Wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX negativ ist, ist der bidirektionale Schalter 230 geschlossen und der bidirektionale Schalter 234 offen, wie in 9d dargestellt ist. Der Strom 246 kann daher von der Primärmasse 209 durch die Resonanzinduktivität 226, den Resonanzkondensator 228 und den bidirektionalen Schalter 230 zum Kondensator Cein fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann bewirken, dass der Strom 948 von der Masse 211 durch den Transistor 938 und die obere Sekundärwicklung 921 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Der Transistor 938 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 940 ausgeschaltet sein kann.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und ist der bidirektionale Schalter 230 offen und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen, wie in 2h dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann sich der Strom 948 ändern. Der Strom 948 kann daher von der Masse 211 durch den Transistor 940 und die untere Sekundärwicklung 922 zum Knoten Vaus_ACX fließen. Der Transistor 940 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 938 ausgeschaltet sein kann.
  • Die ACX-Sekundärschaltung 903 kann ZVS implementieren und gemäß bekannten Synchrongleichrichtungstechniken schalten. Einige Ausführungsformen können die ACX-Sekundärschaltung 903 mit Dioden an Stelle der Transistoren 938 und 940 implementieren. Es sind auch andere Implementationen und Modifikationen möglich.
  • 10a zeigt einen ACX-Wandler 1008 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der ACX-Wandler 1008 weist die ACX-Primärschaltung 201, den Transformator 216, eine ACX-Sekundärschaltung 1003 und eine Steuereinrichtung 1045 auf. Die ACX-Sekundärschaltung 1003 weist Transistoren 1038 und 1040 auf. Die ACX-Sekundärschaltung 1003 ist mit einem Energiespeicher 1012 gekoppelt.
  • Der ACX-Wandler 1008 kann ähnlich dem ACX-Wandler 208 arbeiten und das Verfahren 271 zum Betreiben eines ACX-Wandlers implementieren. Der ACX-Wandler 1008 kann auch ZVS und das Verfahren 370 zum Betreiben einer ACX-Primärschaltung mit ZVS implementieren. Der ACX-Wandler 1008 implementiert jedoch die ACX-Sekundärschaltung 1008 mit einer Halbbrücken-Spannungsverdopplungstopologie an Stelle der Vollbrückentopologie der ACX-Sekundärschaltung 208. Die Steuereinrichtung 1045 kann entsprechend angepasst werden.
  • Die 10b - 10e zeigen das Schalt- und Stromverhalten des ACX-Wandlers 1008 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere entsprechen die 10b und 10c dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX positiv ist, und entsprechen die 10d und 10e dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX negativ ist. Wie in den 10b - 10e dargestellt ist, ähneln das Schalten und der Betrieb der ACX-Primärschaltung 203 des ACX-Wandlers 1008 jenen des ACX-Wandlers 208, wie durch die 2e - 2h dargestellt ist.
  • Wie in 10b dargestellt ist, kann, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX positiv ist, der bidirektionale Schalter 230 geschlossen sein und der bidirektionale Schalter 234 offen sein. Der Strom 246 kann daher vom Kondensator Cein zum Resonanzkondensator 228 und zu der Resonanzinduktivität 226 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann bewirken, dass ein Strom 1048 vom Knoten VMitte durch die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 1038 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Der Transistor 1038 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 1040 ausgeschaltet sein kann.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und kann der bidirektionale Schalter 230 offen sein und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen sein, wie in 10c dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann auch der Strom 1048 die Richtung wechseln. Der Strom 1048 kann daher von der Masse 211 durch den Transistor 1040 und die Sekundärwicklung 220 zum Knoten VMitte fließen. Der Transistor 1040 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 1038 ausgeschaltet sein kann.
  • Wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX negativ ist, kann der bidirektionale Schalter 230 geschlossen sein und der bidirektionale Schalter 234 offen sein, wie in 10d dargestellt ist. Der Strom 246 kann daher von der Primärmasse 209 durch die Resonanzinduktivität 226, den Resonanzkondensator 228 und den bidirektionalen Schalter 230 zum Kondensator Cein fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann bewirken, dass der Strom 1048 von der Masse 211 durch den Transistor 1040 und die Sekundärwicklung 220 zum Knoten VMitte fließt. Der Transistor 1040 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 1038 ausgeschaltet sein kann.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und kann der bidirektionale Schalter 230 offen sein und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen sein, wie in 10e dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann auch der Strom 1048 die Richtung wechseln. Der Strom 1048 kann daher vom Knoten VMitte durch die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 1038 zum Knoten Vaus_ACX fließen. Der Transistor 1038 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 1040 ausgeschaltet sein kann.
  • Die ACX-Sekundärschaltung 1003 kann ZVS implementieren und gemäß bekannten Synchrongleichrichtungstechniken schalten-Einige Ausführungsformen können die ACX-Sekundärschaltung 1003 mit Dioden an Stelle der Transistoren 1038 und 1040 implementieren. Es sind auch andere Implementationen und Modifikationen möglich.
  • Auf 2a zurück verweisend sei bemerkt, dass jede der ACX-Wandlerimplementationen mit einem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler gekoppelt werden kann. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Fachleute können bestimmte Implementationen des ACX-Wandlers und des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers modifizieren und kombinieren, wenn ein Wandler implementiert wird. Beispielsweise zeigt 11a einen Wandler 1100, bei dem ein ACX-Wandler 1108 verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1100 weist den ACX-Wandler 1108, eine Energiespeicherstufe 1112, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 und eine Steuereinrichtung 1145 auf. Der ACX-Wandler 1108 weist die ACX-Primärschaltung 201, den Transformator 216 und eine ACX-Sekundärschaltung 1103 auf. Die ACX-Sekundärschaltung 1103 weist Transistoren 1138, 1140, 1142, 1144 und bidirektionale Schalter 1149 und 1151 auf. Die Energiespeicherstufe 1112 weist Kondensatoren 1114 und 1115 auf. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 ist als ein Abwärtswandler implementiert und weist Transistoren 1153 und 1155, eine Induktivität 1157 und einen Kondensator 1159 auf. Der Kondensator 1159 dient auch als Ausgangskondensator Caus.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 1108 ein Wechselspannungssignal am Knoten Vein_ACX und erzeugt eine gleichgerichtete Spannung am Knoten Vaus_ACX. Die Energiespeicherstufe 1112 speichert Energie und kann auch die Spannungswelligkeit des Knotens Vaus_ACX verringern. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 empfängt die gleichgerichtete Spannung des Knotens Vaus_ACX und erzeugt eine geregelte Spannung am Knoten Vaus. Weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 als Abwärtswandler arbeitet, kann die Spannung des Knotens Vaus niedriger sein als die Spannung des Knotens Vaus_ACX.
  • Insbesondere kann der ACX-Wandler 1100 so ausgelegt werden, dass er mit einer ACX-Sekundärschaltung 1103 arbeitet, die in einer Vollbrückenkonfiguration schaltet, wenn das Wechselspannungssignal des Knotens Vein_ACX ein High-Line-Signal ist, und in einer Spannungsverdopplerkonfiguration schaltet, wenn das Wechselspannungssignal des Knotens Vein_ACX ein Low-Line-Signal ist. Wenn das Wechselspannungssignal des Knotens Vein_ACX beispielsweise ein High-Line-Signal ist, kann der bidirektionale Schalter 1149 geschlossen sein und der bidirektionale Schalter 1151 offen sein. Wenn der bidirektionale Schalter 1149 geschlossen ist und der bidirektionale Schalter 1151 offen ist, kann der Transistor 1138, 1140, 1142 und 144 ähnlich dem ACX-Wandler 208 schalten.
  • Wenn das Wechselspannungssignal des Knotens Vein_ACX ein Low-Line-Signal ist, kann der bidirektionale Schalter 1149 offen sein und kann der bidirektionale Schalter 1151 geschlossen sein und können die Transistoren 1140 und 1144 ausgeschaltet sein. Wenn der bidirektionale Schalter 1149 offen ist und der bidirektionale Schalter 1151 geschlossen ist und die Transistoren 1140 und 1144 ausgeschaltet sind, können die Transistoren 1138 und 1142 ähnlich dem ACX-Wandler 1008 schalten.
  • Wenn die Wechselspannungseingabe ein High-Line-Signal ist und der bidirektionale Schalter 1149 geschlossen ist und der bidirektionale Schalter 1151 offen ist, lädt der ACX-Wandler 1108 den Kondensator 1114 in Reihe mit einem Kondensator 1115. Wenn die Wechselspannungseingabe ein Low-Line-Signal ist und der bidirektionale Schalter 1149 offen ist und der bidirektionale Schalter 1151 geschlossen ist, lädt der ACX-Wandler 1108 den Kondensator 1114 und den Kondensator 1115 alternativ. Wenn die Wechselspannungseingabe ein Low-Line-Signal ist, ist die Spannung am Knoten Vaus_ACX daher die Summe der Spannungen über die Kondensatoren 1114 und 1115. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 kann daher unabhängig davon, ob das Wechselspannungssignal des Knotens Vein_ACX ein High-Line-Signal oder ein Low-Line-Signal ist, ähnliche Spannungspegel empfangen.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 kann die Spannung des Knotens Vaus beispielsweise auf 20 V, 18 V, 12 V, 10 V, 5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V oder 1 V regeln. Es können auch andere Werte verwendet werden. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden und dafür ausgelegt sein, die Spannung zu regeln, während einem bestimmten Standard wie beispielsweise USB-PD genügt wird.
  • Die bidirektionalen Schalter 1149 und 1151 können auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise können die bidirektionalen Schalter 1149 und 1151 mit den in den 2c und 2d dargestellten Topologien implementiert werden.
  • Die Steuereinrichtung 1145 ist dafür ausgelegt, die Signale S230, S234, S1138, S1140, S1142, S1144, S1153, S1155, S1149 und S1151 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234, der Transistoren 1138, 1140, 1142, 1144, 1153 und 1155 bzw. der bidirektionalen Schalter 1149 und 1151 zu erzeugen. Das Koppeln der Steuereinrichtung 1145 mit den bidirektionalen Schaltern 230 und 234, den Transistoren 1138, 1140, 1142, 1144, 1153 und 1155 und den bidirektionalen Schaltern 1149 und 1151 kann durch direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 1145 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 1145 und anderen Komponenten des Wandlers 1100 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 1145 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1145 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 1145 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen in der Art beispielsweise einer Steuereinrichtung zum Steuern des ACX-Wandlers 1108 und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1122 implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Die 11b - 11e zeigen das Schalt- und Stromverhalten eines ACX-Wandlers 1108 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere entsprechen die 11b und 11c dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX einem High-Line-Signal entspricht und positiv ist, und entsprechen die 11d und 11e dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX einem Low-Line-Signal entspricht und positiv ist. Für den Betrieb während negativer Eingangsspannungen sei auf die 2g - 2h und 10d - 10e zurück verwiesen. Wie in den 11b - 11e dargestellt ist, ähneln das Schalten und der Betrieb der ACX-Primärschaltung 203 des ACX-Wandlers 1108 jenen des ACX-Wandlers 208, wie durch die 2e - 2h dargestellt ist.
  • Wie in 11b dargestellt ist, kann, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX eine positive High-Line-Spannung ist, der bidirektionale Schalter 230 geschlossen sein und der bidirektionale Schalter offen sein und der bidirektionale Schalter 1149 geschlossen sein und der bidirektionale Schalter 1151 offen sein. Der Strom 246 kann daher vom Kondensator Cein zum Resonanzkondensator 228 und zu der Resonanzinduktivität 226 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann veranlassen, dass ein Strom 1148 von Masse 211 durch den Transistor 1144, die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 1038 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Die Transistoren 1138 und 1144 können daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während die Transistoren 1040 und 1042 ausgeschaltet sein können.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und kann der bidirektionale Schalter 230 offen sein und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen sein, wie in 11c dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann auch der Strom 1148 die Richtung wechseln. Der Strom 1148 kann daher von Masse 211 durch den Transistor 1142, die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 1140 zum Knoten Vaus_ACX fließen. Die Transistoren 1140 und 1142 können daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während die Transistoren 1138 und 1144 ausgeschaltet sein können.
  • Wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX eine positive Low-Line-Spannung ist, kann der bidirektionale Schalter 230 geschlossen sein und kann der bidirektionale Schalter offen sein, kann der bidirektionale Schalter 1149 offen sein und kann der bidirektionale Schalter 1151 geschlossen sein und können die Transistoren 1140 und 1144 ausgeschaltet sein, wie in 11d dargestellt ist. Der Strom 246 kann daher von Cein durch den bidirektionalen Schalter 230, die Resonanzinduktivität 226 und den Resonanzkondensator 228 fließen. Der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom kann bewirken, dass ein Strom 1148 vom Knoten VMitte durch die Sekundärwicklung 220 und den Transistor 1138 zum Knoten Vaus_ACX fließt. Der Transistor 1138 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 1140 ausgeschaltet sein kann.
  • Nach einer Resonanzperiode kann der Strom 246 die Polarität wechseln und kann der bidirektionale Schalter 230 offen sein und der bidirektionale Schalter 234 geschlossen sein, wie in 11e dargestellt ist. Wenn der durch die Primärwicklung 218 fließende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, kann auch der Strom 1148 die Richtung wechseln. Der Strom 1148 kann daher von der Masse 211 durch den Transistor 1142 und die Sekundärwicklung 220 zum Knoten VMitte fließen. Der Transistor 1142 kann daher, teilweise um Leitungsverluste zu verringern, eingeschaltet sein, während der Transistor 1138 ausgeschaltet sein kann.
  • Die ACX-Sekundärschaltung 1103 kann ZVS implementieren und gemäß bekannten Synchrongleichrichtungstechniken schalten. Einige Ausführungsformen können die ACX-Sekundärschaltung 1103 mit Dioden an Stelle der Transistoren 1138, 1140, 1142 und 1144 implementieren. Es sind auch andere Implementationen und Modifikationen möglich.
  • Die 11f - 11i zeigen Wellenformen des Wandlers 1100 während des Normalbetriebs unter Verwendung des vierten Steuermodus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 11f und 11g Wellenformen des Wandlers 1100, wobei der Last RLast mit einer Spannung am Knoten Vaus von 20 V und mit einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) bzw. einem Low-Line-Eingangssignal (120 VAC/60 Hz) 65 W zugeführt werden. Die Wellenformen aus den 11f - 11i können durch Betrachtung der 11a - 11e verstanden werden. Die 11f - 11i weisen die Kurven 1150 und 1152 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 1164 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 1165 der Spannung des Knotens Vaus und die Signale S230, S234, S1138, S1140, S1142, S1144, S1149, S1151, S1153 und S1155 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234, der Transistoren 1138, 1140, 1142 und 1144, der bidirektionalen Schalter 1149 und 1151 bzw. der Transistoren 1153 und 1155 auf.
  • Wie in 11f dargestellt ist, arbeitet der ACX-Wandler 1108 im High-Line-Modus, wobei der bidirektionale Schalter 1149 geschlossen ist und der bidirektionale Schalter 1151 offen ist, wenn das Wechselspannungssignal ein High-Line-Signal ist. Die Energieübertragung von der Primärseite des Transformators 216 auf seine Sekundärseite geschieht zwischen den Zeiten t0 und t1 und zwischen den Zeiten t2 und t3. Mit anderen Worten beginnt die Vorwärtsenergieübertragungsperiode zur Zeit t0 und endet zur Zeit t1 und beginnt wieder zur Zeit t2 und endet zur Zeit t3.
  • Weil die Transistoren 1153 und 1155 des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1122 kontinuierlich arbeiten, um der Last RLast Energie bei einer geregelten Spannung zuzuführen, wie durch Kurve 1165 dargestellt ist, wird ein Teil der in der Energiespeicherstufe 1112 gespeicherten Energie der Last zugeführt. Die Spannung des Knotens Vaus_ACX kann daher während Zeiten abnehmen, zu denen keine Energie auf die Sekundärseite des Transformators 216 übertragen wird, wie zwischen den Zeiten t1 und t2, wie durch Kurve 1164 dargestellt ist. Beispielsweise kann die Spannung des Knotens Vaus_ACX von einer Spitzenspannung von etwa 43 V auf eine Spannung von etwa 21 V abnehmen.
  • Wenn das Wechselspannungssignal ein Low-Line-Signal ist, arbeitet der ACX-Wandler 1108 im Low-Line-Modus, wobei der bidirektionale Schalter 1149 offen ist, der bidirektionale Schalter 1151 geschlossen ist und die Transistoren 1140 und 1144 ausgeschaltet sind, wie in 11g dargestellt ist. Wie in 11g dargestellt ist, kann die Spannung des Knotens Vaus_ACX von einer Spitzenspannung von etwa 42 V auf eine Spannung von etwa 24 V abnehmen.
  • Die Kapazität der Energiespeicherstufe 1112 kann durch C 1112 = 2 × P aus × t d V 2 aus_ACX_max − V 2 aus_ACX_min
    Figure DE102018109341A1_0003
    ersetzt werden, wobei Paus die maximale Leistung des Wandlers ist, td die Entladungszeit ist, wie beispielsweise in 11f dargestellt ist, und Vaus_ACX_max und Vaus_ACX_min die maximale bzw. die minimale Spannung des Knotens Vaus_ACX sind. Wie Fachleute erkennen können, können die Kapazitäten der Kondensatoren 1114 und 1115 das Zweifache des durch Gleichung 2 für C1112 gegebenen Werts sein.
  • Weil, wenn der Knoten Vein_ACX ein Low-Line-Signal empfängt, die Kondensatoren 1114 und 1115 unabhängig geladen werden, und wenn während der High-Line-Signale die Kondensatoren 1114 und 1115 in Reihe geladen werden, kann die von den Kondensatoren 1114 und 1115 gespeicherte Energie im Low-Line-Modus höher sein als im High-Line-Modus. Die minimale Spitzenspannung des Knotens Vaus_ACX, wenn der Knoten Vein_ACX ein Low-Line-Signal empfängt, kann höher sein als wenn der Knoten Vein_ACX ein High-Line-Signal empfängt. Ein zusätzlicher Vorteil des Betriebs im Low-Line-Modus besteht darin, dass Schaltverluste niedriger als während des High-Line-Modus sein können, weil die Transistoren 1140 und 1144 während des Low-Line-Modus nicht schalten.
  • Die 11h und 11i zeigen Wellenformen des Wandlers 1100, welcher RLast Leistung zuführt, während ein High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) empfangen wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11h zeigt Wellenformen des Wandlers 1100, welcher der Last RLast mit einer Spannung am Knoten Vaus von 20 V 6,5 W zuführt. 11i zeigt Wellenformen des Wandlers 1100, welcher der Last RLast mit einer Spannung am Knoten Vaus von 5 V 10 W zuführt. Wie in den 11h und 11i dargestellt ist, ist das Tastverhältnis der Energiezufuhr kleiner als bei einem Wandler, der 65 W zuführt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Gleichspannungs/Gleichspannungswandler (nicht dargestellt) in der Art von Abwärtswandlern parallel geschaltet werden, welche jeweils eine Spannung vom Knoten Vaus_ACX empfangen und mehreren Ausgangsknoten (nicht dargestellt) eine Ausgabe zuführen. Jeder der parallel geschalteten Gleichspannungs/Gleichspannungswandler kann mit einer anderen Last geschaltet werden und seine Ausgabe auf eine andere Spannung regeln. Es kann auch eine andere Konfiguration verwendet werden.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen, dass der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler für eine bestimmte Eingangsgleichspannung unabhängig von der Netzspannung optimiert werden kann. Andere Vorteile umfassen, dass ein Betrieb mit einem Low-Line-Eingangssignal zu einer Erhöhung der Effizienz führen kann.
  • 12a zeigt einen Wandler 1200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1200 weist den ACX-Wandler 1008, eine Energiespeicherstufe 1212, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 und eine Steuereinrichtung 1245 auf. Die Energiespeicherstufe 1212 weist Kondensatoren 1014, 1015 und 1214 und einen Transistor 1215 auf. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 ist als kaskadierter Abwärtswandler implementiert und weist Transistoren 1270, 1272, 1274 und 1276, eine Induktivität 1257 und einen Kondensator 1259 auf. Der Kondensator 1259 dient auch als Ausgangskondensator Caus.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 1008 ein Wechselspannungssignal am Knoten Vein_ACX und erzeugt eine gleichgerichtete Spannung am Knoten Vaus_ACX. Die Energiespeicherstufe 1212 speichert Energie und kann auch die Spannungswelligkeit des Knotens Vaus_ACX verringern. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 empfängt die gleichgerichtete Spannung des Knotens Vaus_ACX und erzeugt eine geregelte Spannung am Knoten Vaus. Der ACX-Wandler 1008 kann beispielsweise wie mit Bezug auf die 10a - 10e beschrieben arbeiten. Beispielsweise kann der Betrieb des ACX-Wandlers 1008 mit einer Low-Line-Eingabe oder einer High-Line-Eingabe der gleiche sein.
  • Weil die in einem Kondensator gespeicherte Energiemenge proportional zur Spannung über den Kondensator ist, kann die Energiespeicherstufe 1212 die Transistoren 1215 während eines Low-Line-Eingabemodus einschalten, um den verfügbaren Kapazitätsbetrag zu erhöhen und beispielsweise zu verdoppeln. Alternativ kann die Energiespeicherstufe 1212 ohne den Transistor 1215 und den Kondensator 1214 implementiert werden.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 kann dafür ausgelegt werden, in einem High-Line-Modus oder in einem Low-Line-Modus zu arbeiten, wobei dies von der Eingabe abhängt, welche der ACX-Wandler 1008 empfängt. Wenn der ACX-Wandler 1008 beispielsweise eine Low-Line-Eingabe empfängt, kann die Spannung des Knotens Vaus_ACX beispielsweise etwa 35 V betragen. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 kann daher Energie von den Kondensatoren 1014 und 1015 gleichzeitig auf die Last RLast übertragen. Wenn der ACX-Wandler 1008 eine High-Line-Eingabe empfängt, kann die Spannung am Knoten Vaus_ACX doppelt so groß sein wie die Spannung, wenn der ACX-Wandler 1008 eine Low-Line-Eingabe empfängt. Daher kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 Energie entweder vom Kondensator 1014 oder 1015 übertragen und dies Zyklus für Zyklus alternieren.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 kann die Spannung des Knotens Vaus beispielsweise auf 20 V, 18 V, 12 V, 10 V, 5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V oder 1 V regeln. Es können auch andere Werte verwendet werden. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden und dafür ausgelegt sein, die Spannung zu regeln, während einem bestimmten Standard wie beispielsweise USB-PD genügt wird.
  • Die Steuereinrichtung 1245 ist dafür ausgelegt, die Signale S230, S234, S1038, S1040, S1270, S1272, S1274, S1276 und S1215 zu erzeugen, um die bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. die Transistoren 1238, 1240, 1270, 1272, 1274, 1276 und 1215 anzusteuern. Das Koppeln der Steuereinrichtung 1245 mit den bidirektionalen Schaltern 230 und 234 und den Transistoren 1238, 1240, 1270, 1272, 1274, 1276 und 1215 kann durch direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 1245 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 1245 und anderen Komponenten des Wandlers 1200 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 1245 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1245 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 1245 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen in der Art beispielsweise einer Steuereinrichtung zum Steuern des ACX-Wandlers 1008 und der Energiespeicherstufe 1212 und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1222 implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Die 12b - 12g zeigen das Schalt- und Stromverhalten des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1222 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere entsprechen die 12b und 12c dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX einem Low-Line-Signal entspricht, und entsprechen die 12d - 12g dem Strom- und Schaltverhalten, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX einem High-Line-Signal entspricht.
  • Wie in 12b dargestellt ist, kann, wenn das Wechselspannungssignal von Vein_ACX ein Low-Line-Signal ist, der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 einen ersten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1270 und 1276 eingeschaltet sind und die Transistoren 1272 und 1274 ausgeschaltet sind. Der erste Zustand kann ein Energieversorgungszustand sein. Im ersten Zustand kann der Strom 1247 von den Kondensatoren 1014 und 1015 durch den Transistor 1270, die Induktivität 1257 und den Transistor 1276 zur Masse 211 fließen.
  • Wie in 12c dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222, wenn Vein_ACX ein Low-Line-Signal ist, einen zweiten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1270 und 1276 ausgeschaltet sind und die Transistoren 1272 und 1274 eingeschaltet sind. Der zweite Zustand kann ein Zustand ohne Energieversorgung sein. Im zweiten Zustand kann ein Strom 1247 durch die Transitoren 1274 und 1272 und die Induktivität 1257 zirkulieren. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 kann zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand alternieren, um der Last RLast Leistung zuzuführen, wenn das Wechselspannungssignal von Vein_ACX ein Low-Line-Signal ist.
  • Wie in 12d dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222, wenn das Wechselspannungssignal von Vein_ACX ein High-Line-Signal ist, einen dritten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1270 und 1274 eingeschaltet sind und die Transistoren 1272 und 1276 ausgeschaltet sind. Der dritte Zustand kann ein Energieversorgungszustand sein. Im dritten Zustand kann der Strom 1247 vom Kondensator 1015 durch den Transistor 1270, die Induktivität 1257 und den Transistor 1274 zum Kondensator 1015 fließen.
  • Wie in 12e dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222, wenn Vein_ACX ein High-Line-Signal ist, nach dem dritten Zustand in den zweiten Zustand übergehen. Wie in 12f dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222, wenn das Wechselspannungssignal von Vein_ACX ein High-Line-Signal ist, einen vierten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1272 und 1276 eingeschaltet sind und die Transistoren 1270 und 1274 ausgeschaltet sind. Der vierte Zustand kann ein Energieversorgungszustand sein. Im vierten Zustand kann der Strom 1247 vom Kondensator 1014 durch den Transistor 1272, die Induktivität 1257 und den Transistor 1276 zum Kondensator 1014 fließen. Wie in 12g dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222, wenn das Wechselspannungssignal von Vein_ACX ein High-Line-Signal ist, nach dem vierten Zustand in den zweiten Zustand übergehen.
  • Wie in den 12d - 12g dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 aus einem dritten Zustand dann in einen zweiten Zustand, dann in den vierten Zustand, dann in den zweiten Zustand, dann zurück in den dritten Zustand, die Sequenz wiederholend, übergehen, um der Last RLast Leistung zuzuführen, wenn Vein_ACX ein High-Line-Signal ist. Fachleute können erkennen, dass Zwischenzustände verwendet werden können, beispielsweise um ZVS zu erreichen, wenn die Transistoren 1270, 1272, 1274 und 1276 geschaltet werden.
  • Die 12h - 12i zeigen Wellenformen des bei 500 kHz mit ZVS schaltenden Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1222 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 12h und 12i Wellenformen des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1222, welcher der Last RLast mit einem Low-Line-Eingangssignal (120 VAC/60 Hz) bzw. einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) 65 W zuführt. Die Wellenformen aus den 12h - 12i können durch Betrachtung der 12a - 12g verstanden werden. Die 12h - 12i weisen eine Kurve 1269 des durch die Induktivität 1257 fließenden Stroms bzw. Signale S1270, S1272, S1274, S1276 und S1215 zum Ansteuern der Transistoren 1270, 1272, 1274, 1276 und 1215 auf.
  • Wie in 12h dargestellt ist, ist, wenn das Wechselspannungssignal ein Low-Line-Signal ist, der Transistor 1215 eingeschaltet und alternieren die Transistoren 1270, 1272, 1274 und 1276 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand. Wie in 12h dargestellt ist, gibt es eine Verzögerung zwischen den Signalen S1270 und S1276 und S1272 und S1274, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 einen Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand durchmacht. Die Verzögerung wird verwendet, um zu ermöglichen, dass die Drain-Kapazität der Transistoren, die einzuschalten sind, entladen wird. Nachdem die Drain-Kapazitäten der Transistoren, die einzuschalten sind, entladen wurden, können die Transistoren mit ZVS eingeschaltet werden.
  • Während des High-Line-Signals ist der Transistor 1215 ausgeschaltet und machen die Transistoren 1270, 1272, 1274 und 1276 Übergänge zwischen dem dritten Zustand, dem zweiten Zustand, dem vierten Zustand, dem zweiten Zustand und zurück zum dritten Zustand durch, wodurch die Sequenz wiederholt wird. Die Verzögerungen zwischen den Schaltsignalen, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1222 zwischen den Zuständen übergeht, werden verwendet, um das ZVS-Schalten zu ermöglichen.
  • Die 12j und 12k zeigen Wellenformen des Wandlers 1200, welcher der Last RLast mit einer Spannung von 20 V am Knoten Vaus, mit einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) bzw. einem Low-Line-Eingangssignal (120 VAC/60 Hz) und mit einem vierten Steuermodus 65 W zuführt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 12j und 12k weisen Kurven 1250 und 1252 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 1264 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 1265 der Spannung des Knotens Vaus, Kurven 1266 und 1267 der Spannung über die Kondensatoren 1014 bzw. 1015 und Signale S230, S234, S1038, S1040, S1270, S1272, S1274, S1276 und S1215 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 1038, 1040, 1270, 1272, 1274, 1276 und 1215 auf.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen, dass die ACX-Sekundärschaltung einen Strom durch einen Schalter zur Zeit leiten kann. Leitungsverluste können daher kleiner sein als bei anderen Ausführungsformen. Zusätzlich kann der ACX-Wandler, weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler entweder mit einer hohen Eingangsspannung oder einer niedrigen Eingangsspannung arbeitet, arbeiten, ohne auf der Grundlage davon ausgelegt zu werden, ob eine High-Line Eingabe oder eine Low-Line-Eingabe vorliegt.
  • 13a zeigt einen Wandler 1300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1300 weist den ACX-Wandler 908, eine Energiespeicherstufe 1312, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 und eine Steuereinrichtung 1345 auf. Die Energiespeicherstufe 1312 weist Kondensatoren 914 und 1314 und einen Transistor 1315 auf. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 ist als ein invertierter Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert und weist Transistoren 1370 und 1372, eine Induktivität 1357 und einen Kondensator 1359 auf. Der Kondensator 1359 dient auch als Ausgangskondensator Caus.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 908 ein Wechselspannungssignal am Knoten Vein_ACX und erzeugt eine gleichgerichtete Spannung am Knoten Vaus_ACX. Der ACX-Wandler 908 kann beispielsweise wie mit Bezug auf die 9a - 9e beschrieben arbeiten. Die Energiespeicherstufe 1312 speichert Energie und kann auch die Spannungswelligkeit des Knotens Vaus_ACX verringern. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 empfängt die gleichgerichtete Spannung des Knotens Vaus_ACX und erzeugt eine geregelte Spannung am Knoten Vaus.
  • Weil die in einem Kondensator gespeicherte Energiemenge proportional zur Spannung über den Kondensator ist, kann die Energiespeicherstufe 1312 die Transistoren 1315 während eines Low-Line-Eingabemodus einschalten, um den verfügbaren Kapazitätsbetrag zu erhöhen und beispielsweise zu verdoppeln. Alternativ kann die Energiespeicherstufe 1312 ohne den Transistor 1315 und den Kondensator 1314 implementiert werden.
  • Weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 als ein invertierter Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 unabhängig davon, ob die Eingabe eine High-Line-Eingabe oder eine Low-Line-Eingabe ist, eine geregelte Ausgabe erzeugen. Wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX beispielsweise eine High-Line-Spannung ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 die Spannung während des größten Teils der Zeit heruntertransformieren. Wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX eine Low-Line-Spannung ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 die Spannung während einiger Zeiten heruntertransformieren und sie während anderer Zeiten hochtransformieren.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 kann die Spannung über RLast beispielsweise auf 20 V, 18 V, 12 V, 10 V, 5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V oder 1 V regeln. Es können auch andere Werte verwendet werden. Die Spannung am Knoten Vaus kann als negative Spannung bezeichnet werden. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden und dafür ausgelegt sein, die Spannung zu regeln, während einem bestimmten Standard wie beispielsweise USB-PD genügt wird.
  • Die Steuereinrichtung 1345 ist dafür ausgelegt, Signale S230, S234, S938, S940, S1370, S1372 und S1315 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 938, 940, 1370, 1372 und 1315 zu erzeugen. Das Koppeln der Steuereinrichtung 1345 mit den bidirektionalen Schaltern 230 und 234 und den Transistoren 938, 940, 1370, 1372 und 1315 kann durch direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 1345 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 1345 und anderen Komponenten des Wandlers 1300 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 1345 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1345 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 1345 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen in der Art beispielsweise einer Steuereinrichtung zum Steuern des ACX-Wandlers 908 und der Energiespeicherstufe 1312 und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1322 implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Die 13b und 13c zeigen Wellenformen des Wandlers 1300, welcher der Last RLast mit einer Spannung von 20 V am Knoten Vaus, mit einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) bzw. einem Low-Line-Eingangssignal (120 VAC/60 Hz) und mit einem vierten Steuermodus 65 W zuführt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 13b und 13c weisen Kurven 1350 und 1352 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 1364 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, die Kurve 1265 der absoluten Spannung des Knotens Vaus und Signale S230, S234, S938, S940, S1370, S1372 und S1315 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 938, 940, 1370, 1372 und 1315 auf.
  • Wie in 13b dargestellt ist, bleibt die Spannung des Knotens Vaus_ACX während des größten Teils der Zeit höher als die absolute Spannung des Knotens Vaus, wenn die Spannung von Vein_ACX eine High-Line-Spannung ist, wie die Kurven 1364 bzw. 1365 zeigen. Daher kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 die Spannung während des größten Teils der Zeit heruntertransformieren. Wenn die Spannung von Vein_ACX eine Low-Line-Spannung ist, bleibt die Spannung des Knotens Vaus_ACX während des größten Teils der Zeit niedriger als die absolute Spannung des Knotens Vaus, wie durch die Kurven 1364 bzw. 1365 aus 13c dargestellt ist. Daher kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1322 die Spannung während des größten Teils der Zeit hochtransformieren.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen einen Betrieb des ACX-Wandlers, ohne den ACX-Wandler auf der Grundlage davon auszulegen, ob eine High-Line-Eingabe oder eine Low-Line-Eingabe vorliegt. Andere Vorteile umfassen, dass ein Wandler mit zwei bidirektionalen Schaltern und fünf Transistoren implementiert werden kann.
  • 14a zeigt einen Wandler 1400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1400 weist den ACX-Wandler 908, eine Energiespeicherstufe 1312, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 und eine Steuereinrichtung 1445 auf. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 ist als nicht invertierter kaskadierter Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert und weist Transistoren 1470, 1472, 1474 und 1476, eine Induktivität 1457 und einen Kondensator 1459 auf. Der Kondensator 1459 dient auch als Ausgangskondensator Caus.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 908 ein Wechselspannungssignal am Knoten Vein_ACX und erzeugt eine gleichgerichtete Spannung am Knoten Vaus_ACX. Der ACX-Wandler 908 kann beispielsweise wie mit Bezug auf die 9a - 9e beschrieben arbeiten. Die Energiespeicherstufe 1312 speichert Energie und kann auch die Spannungswelligkeit des Knotens Vaus_ACX verringern. Die Energiespeicherstufe 1312 kann beispielsweise wie mit Bezug auf die 13a und 13b beschrieben arbeiten. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 empfängt die gleichgerichtete Spannung des Knotens Vaus_ACX und erzeugt eine geregelte Spannung am Knoten Vaus.
  • Weil der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 als ein nicht invertierter Abwärts-/Aufwärtswandler implementiert ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 unabhängig davon, ob der ACX-Wandler 1408 eine High-Line-Spannung oder eine Low-Line-Spannung empfängt, eine geregelte Ausgabe erzeugen. Wenn der ACX-Wandler 1408 beispielsweise eine High-Line-Spannung empfängt, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung während des größten Teils der Zeit heruntertransformieren. Wenn der ACX-Wandler 1408 eine Low-Line-Spannung empfängt, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung während des größten Teils der Zeit hochtransformieren.
  • Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 kann die Spannung des Knotens Vaus beispielsweise auf 20 V, 18 V, 12 V, 10 V, 5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V oder 1 V regeln. Es können auch andere Werte verwendet werden. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden und dafür ausgelegt sein, die Spannung zu regeln, während einem bestimmten Standard wie beispielsweise USB-PD genügt wird.
  • Die Steuereinrichtung 1445 ist dafür ausgelegt, Signale S230, S234, S938, S940, S1470, S1472, S1474, S1476 und S1315 zu erzeugen, um die bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. die Transistoren 938, 940, 1470, 1472, 1474, 1476 und 1315 anzusteuern. Das Koppeln der Steuereinrichtung 1445 mit den bidirektionalen Schaltern 230 und 234 und den Transistoren 938, 940, 1470, 1472, 1474, 1476 und 1315 kann durch direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 1345 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 1445 und anderen Komponenten des Wandlers 1400 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 1445 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1445 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 1445 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen in der Art beispielsweise einer Steuereinrichtung zum Steuern des ACX-Wandlers 908 und der Energiespeicherstufe 1312 und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1422 implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Die 14b - 14e zeigen das Schalt- und Stromverhalten des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1422 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere entsprechen die 14b und 14c dem Strom- und Schaltverhalten, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung heruntertransformiert, und entsprechen die 14d und 14e dem Strom- und Schaltverhalten, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler die Spannung hochtransformiert.
  • Wie in 14b dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422, wenn er die Spannung heruntertransformiert, einen ersten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1470 und 1474 eingeschaltet sind und die Transistoren 1472 und 1476 ausgeschaltet sind. Der erste Zustand kann ein Energieversorgungszustand sein. Im ersten Zustand kann ein Strom 1447 vom Knoten Vaus_ACX durch den Transistor 1470, die Induktivität 1457 und den Transistor 1474 zum Knoten Vaus fließen.
  • Wie in 14c dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422, wenn er die Spannung heruntertransformiert, einen zweiten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1472 und 1474 eingeschaltet sind und die Transistoren 1470 und 1476 ausgeschaltet sind. Der zweite Zustand kann ein Zustand ohne Energieversorgung sein. Im zweiten Zustand kann der Strom 1447 von der Masse 211 durch den Transistor 1472, die Induktivität 1457 und den Transistor 1474 zum Knoten Vaus fließen. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 kann zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand alternieren, um der Last RLast Leistung zuzuführen, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung heruntertransformiert.
  • Wie in 14d dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422, wenn er die Spannung hochtransformiert, einen dritten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1470 und 1476 eingeschaltet sind und die Transistoren 1472 und 1474 ausgeschaltet sind. Der dritte Zustand kann ein Energieversorgungszustand sein. Im dritten Zustand kann der Strom 1447 vom Knoten Vaus_ACX durch den Transistor 1470, die Induktivität 1457 und den Transistor 1476 zur Masse 211 fließen.
  • Wie in 14e dargestellt ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422, wenn er die Spannung hochtransformiert, einen vierten Zustand aufweisen, wobei die Transistoren 1470 und 1476 eingeschaltet sind und die Transistoren 1472 und 1474 ausgeschaltet sind. Der vierte Zustand kann ein Zustand ohne Energieversorgung sein. Im vierten Zustand kann ein Strom 1447 vom Knoten Vaus_ACX durch den Transistor 1470, die Induktivität 1457 und den Transistor 1474 zum Knoten Vaus fließen. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 kann zwischen dem dritten Zustand und dem vierten Zustand alternieren, um der Last RLast Leistung zuzuführen, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung hochtransformiert. Fachleute können erkennen, dass Zwischenzustände verwendet werden können, beispielsweise um ZVS zu erreichen, wenn die Transistoren 1470, 1472, 1474 und 1476 geschaltet werden.
  • Die 14f und 14g zeigen Wellenformen des mit ZVS schaltenden Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1422 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 14f und 14h Wellenformen des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers, der die Spannung mit einer High-Line-Eingabe heruntertransformiert bzw. die Spannung mit einer Low-Line-Eingabe hochtransformiert. Die Wellenformen aus den 14f und 14g können durch Betrachtung der 14a - 14e verstanden werden. Die 14f und 14g weisen eine Kurve 1469 des durch die Induktivität 1457 fließenden Stroms bzw. Signale S1470, S1472, S1474, S1476 und S1315 zum Ansteuern der Transistoren 1470, 1472, 1474, 1476 und 1315 auf.
  • Wie in 14f dargestellt ist, ist, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung mit einer High-Line-Eingabe heruntertransformiert, der Transistor 1315 ausgeschaltet und alternieren die Transistoren 1470, 1472, 1474 und 1476 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand. Wie in 14f dargestellt ist, gibt es eine Verzögerung zwischen den Signalen S1470 und S1472, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 zwischen den ersten und zweiten Zuständen Übergänge durchmacht. Die Verzögerung wird verwendet, um das Entladen der Drain-Kapazität der Transistoren 1472 bzw. 1470 zu ermöglichen. Nachdem die Drain-Kapazität der jeweiligen Transistoren entladen wurde, können diese Transistoren mit ZVS eingeschaltet werden.
  • Wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung mit einer Low-Line-Eingabe hochtransformiert, ist der Transistor 1315 eingeschaltet und alternieren die Transistoren 1470, 1472, 1474 und 1476 zwischen dem dritten Zustand und dem vierten Zustand, wie in 14g dargestellt ist. Die Verzögerung zwischen den Schaltsignalen S1474 und S1476, wenn der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 zwischen dem dritten und dem vierten Zustand übergeht, wird verwendet, um das ZVS-Schalten zu ermöglichen.
  • Die 14h und 14i zeigen Wellenformen des Wandlers 1400, welcher der Last RLast mit einer Spannung von 20 V am Knoten Vaus, mit einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) bzw. einem Low-Line-Eingangssignal (120 VAC/60 Hz) und mit einem dritten Steuermodus 65 W zuführt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 14h und 14i weisen Kurven 1450 und 1452 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 1464 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, die Kurve 1465 der Spannung des Knotens Vaus und Signale S230, S234, S938, S940, S1470, S1472, S1474, S1476 und S1315 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 938, 940, 1470, 1472, 1474, 1476 und 1315 auf.
  • Wie in 14h dargestellt ist, kann, wenn die Spannung von Vein_ACX eine High-Line-Spannung ist, die Spannung des Knotens Vaus_ACX höher bleiben als die Spannung des Knotens Vaus, wie durch die Kurven 1464 bzw. 1465 dargestellt ist. Daher kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung kontinuierlich heruntertransformieren, wenn die Spannung von Vein_ACX eine High-Line-Spannung ist. Wenn die Spannung von Vein_ACX eine Low-Line-Spannung ist, bleibt die Spannung des Knotens Vaus_ACX während des größten Teils der Zeit niedriger als die Spannung des Knotens Vaus, wie durch die Kurven 1464 bzw. 1465 aus 14i dargestellt ist. Daher kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422 die Spannung für einen Zeitraum hochtransformieren, die Spannung für einen anderen Zeitraum heruntertransformieren und die Spannung für einen weiteren Zeitraum hochtransformieren und heruntertransformieren. Beispielsweise transformiert der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1422, wie in 14i dargestellt ist, die Spannung zwischen den Zeiten t0 - t1 und den Zeiten t3 - t5 hoch, und er transformiert die Spannung zwischen den Zeiten t1 - t3 und den Zeiten t5 - t7 hoch und herunter.
  • 15a zeigt einen Wandler 1500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1500 weist den ACX-Wandler 1508, eine Energiespeicherstufe 912, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 und eine Steuereinrichtung 1545 auf. Der ACX-Wandler 1508 weist die ACX-Primärschaltung 201, den Transformator 1516 und eine ACX-Sekundärschaltung 903 auf. Der Transformator 1516 weist eine obere Primärwicklung 1518, eine untere Primärwicklung 1519, die obere Sekundärwicklung 921, die untere Sekundärwicklung 922 und die bidirektionalen Schalter 1523, 1525 und 1527 auf.
  • Während des Normalbetriebs empfängt der ACX-Wandler 1508 ein Wechselspannungssignal am Knoten Vein_ACX und erzeugt eine gleichgerichtete Spannung am Knoten Vaus_ACX. Die Energiespeicherstufe 912 speichert Energie und kann auch die Spannungswelligkeit des Knotens Vaus_ACX verringern. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 empfängt die gleichgerichtete Spannung des Knotens Vaus_ACX und erzeugt eine geregelte Spannung am Knoten Vaus.
  • Insbesondere können das Schalten und der Betrieb des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1122 jenen des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1122 ähneln, wie in den 11f, -h-i dargestellt ist. Das Schalten und der Betrieb der ACX-Primärschaltung 201 können jenen der Primärschaltung 201 ähneln, wie in den 2a - 2k und 3a - 3k dargestellt ist. Das Schalten und der Betrieb der ACX-Sekundärschaltung 903 können jenen der ACX-Sekundärschaltung 903 ähneln, wie in den 9a - 9e dargestellt ist.
  • Der Transformator 1516 kann durch Schließen des bidirektionalen Schalters 1523 und Öffnen der bidirektionalen Schalter 1525 und 1527 in einem ersten Zustand ausgelegt werden, wobei die Primärwicklung 1518 in Reihe mit der Primärwicklung 1519 ist. Alternativ kann durch Öffnen des bidirektionalen Schalters 1523 und Schließen der bidirektionalen Schalter 1525 und 1527 der Transformator 1516 in einem zweiten Zustand ausgelegt werden, wobei die Primärwicklung 1518 parallel zur Primärwicklung 1519 ist. Wenn der Transformator 1516 im ersten Zustand ausgelegt ist, kann er ein Wicklungsverhältnis von 2n zu 1 aufweisen. Wenn der Transformator 1516 im zweiten Zustand ausgelegt ist, kann er ein Wicklungsverhältnis von n zu 1 aufweisen.
  • Der ACX-Wandler 1508 kann den Transformator 1516 im ersten Zustand auslegen, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX eine High-Line-Spannung ist, und im zweiten Zustand auslegen, wenn die Spannung des Knotens Vein_ACX eine Low-Line-Spannung ist. Durch Auslegen des ACX-Wandlers 1508 in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand, wenn der Spannungsknoten Vein_ACX eine High-Line-Spannung bzw. eine Low-Line-Spannung ist, erzeugt der ACX-Wandler 1508 eine Spannung am Knoten Vaus_ACX mit einer Spitzenamplitude, die nicht erheblich davon abhängt, ob die Eingangsspannung eine High-Line-Spannung oder eine Low-Line-Spannung ist. Die Energiespeicherstufe 912 kann daher mit dem Kondensator 914 ohne Verwendung zusätzlicher Transistoren implementiert werden.
  • Weil die Spitzenamplitude der Spannung des Knotens Vaus_ACX nicht erheblich davon abhängt, ob die Eingangsspannung des ACX-Wandlers 1508 eine High-Line-Spannung oder eine Low-Line-Spannung ist, kann der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1122 als ein Abwärtswandler ausgelegt werden, wie in 15a dargestellt ist.
  • Die bidirektionalen Schalter 1523, 1525 und 1527 können auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise können die bidirektionalen Schalter 1523, 1525 und 1527 mit den in den 2c und 2d dargestellten Topologien implementiert werden. Einige Ausführungsformen können die bidirektionalen Schalter 1523, 1525 und 1527 mit mechanischen Relais implementieren. Es sind auch andere Implementationen möglich.
  • Die Steuereinrichtung 1545 ist dafür ausgelegt, die Signale S230, S234, S1523, S1525, S1527, S938, S940, S1153 und S1155 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230, 234, 1523, 1525, 1527 bzw. der Transistoren 938, 940, 1153 und 1155 zu erzeugen. Das Koppeln der Steuereinrichtung 1545 mit den bidirektionalen Schaltern 230, 234, 1523, 1525, 1527 und den Transistoren 938, 940, 1153 und 1155 kann durch direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können Optokoppler verwendet werden, um die Steuereinrichtung 1145 von anderen Teilen der Schaltung elektrisch zu isolieren. Die Kopplung zwischen der Steuereinrichtung 1545 und anderen Komponenten des Wandlers 1500 kann auch in anderen auf dem Fachgebiet bekannten Weisen erreicht werden.
  • Die Steuereinrichtung 1545 kann als ein Einzelchip implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1545 in einem monolithischen Substrat implementiert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 1545 als eine Sammlung von Steuereinrichtungen in der Art beispielsweise einer Steuereinrichtung zum Steuern des ACX-Wandlers 1508 und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 1122 implementiert werden. Es sind auch andere auf dem Fachgebiet bekannte Implementationen möglich.
  • Die 15b - 15c zeigen Wellenformen des Wandlers 1500 während des Normalbetriebs unter Verwendung des vierten Steuermodus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen die 15b - 15c Wellenformen des Wandlers 1500, wobei der Last RLast mit einer Spannung am Knoten Vaus von 20 V und mit einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) bzw. einem Low-Line-Eingangssignal (120 VAC/60 Hz) 65 W zugeführt werden. Die Wellenformen aus den 15b - 15c können durch Betrachtung von 15a verstanden werden. Die 15b - 15c weisen Kurven 1550 und 1552 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 1564 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 1565 der Spannung des Knotens Vaus und die Signale S230, S234, S938, S940, S1153 und S1155 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 938, 940, 1153 und 1155 auf.
  • Wie in den 15b - 15c dargestellt ist, kann, weil das Wicklungsverhältnis des Transformators 216 auf der Grundlage davon ausgelegt wird, ob die Eingabe des ACX-Wandlers 1508 eine High-Line-Eingabe oder eine Low-Line-Eingabe ist, die maximale Spitzenspannung des Knotens Vaus_ACX zwischen der High-Line-Eingabe und der Low-Line-Eingabe im Wesentlichen ähnlich sein, wie durch Kurve 1564 dargestellt ist. Die maximale Spitzenspannung des Knotens Vaus_ACX kann beispielsweise 42 V betragen. Es können auch andere maximale Spitzenspannungen verwendet werden.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen eine Vereinfachung des Energiespeicherzustands durch Implementieren eines Transformators mit einem auf der Grundlage der Eingangsspannung auslegbaren Wicklungsverhältnis. Andere Vorteile umfassen das Implementieren eines Wandlers mit fünf bidirektionalen Schaltern und vier Transistoren.
  • Wandler, die eine ACX-Wandlerstufe verwenden, können auch mit PFC implementiert werden. Beispielsweise zeigt 16a einen Wandler 1600 mit PFC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1600 weist die Wechselstromquelle 202, das EMI-Filter 204, den Eingangskondensator Cein, einen AC-LLC(ACX)-Wandler mit PFC 1608, eine Energiespeicherstufe 1612, einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler mit PFC 1622, den Ausgangskondensator Caus und die Last RLast auf.
  • Während des Normalbetriebs kann der Wandler 1600 ähnlich wie der Wandler 200 arbeiten. Der Wandler 1600 betreibt den ACX-Wandler 1608 jedoch mit PFC statt ohne PFC.
  • Der ACX-Wandler 1608 kann PFC durch Betreiben mit einem fünften Steuermodus erreichen. Wenn der ACX-Wandler 1608 mit dem fünften Steuermodus betrieben wird, schalten die bidirektionalen Schalter 230 und 234 kontinuierlich mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis. Ähnlich schalten die Transistoren der Sekundärschaltung des ACX-Wandlers 1608 kontinuierlich. Mit anderen Worten kann der ACX-Wandler 1608 Energie von der Primärseite des Transformators des ACX-Wandlers 1608 auf die Sekundärseite des Transformators übertragen und umgekehrt. Der durch Gleichung 1 gegebenen Vorwärtsenergieübertragungsregel kann im fünften Steuermodus nicht gefolgt werden.
  • Der ACX-Wandler 1608 kann den Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1622 mit PFC im Gegensatz zu ohne PFC implementieren. Die Implementation von Gleichspannungs/Gleichspannungswandlern mit PFC ist auf dem Fachgebiet bekannt, und es kann eine beliebige Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerimplementation mit PFC verwendet werden.
  • Weil der ACX-Wandler 1608 dafür ausgelegt ist, ein Wechselspannungssignal zu empfangen, kann er mit einem kleinen Eingangskondensator Cein arbeiten. Der Hauptenergiespeicher kann jedoch im Ausgangskondensator Caus statt in der Energiespeicherstufe 1612 implementiert werden. Daher können auch die Kondensatoren der Energiespeicherstufe 1612 klein sein. Wie in 16a dargestellt ist, kann die Spannungswellenform des Knotens Vein_ACX ein Hochspannungs(HV)-Wechselspannungssignal sein. Die Spannungswellenform des Knotens Vaus_ACX kann ein gleichgerichtetes Niederspannungs(LV)-Gleichspannungssignal sein. Die Spannungswellenform des Knotens Vaus kann eine geregelte Niederspannungs-Gleichspannungswellenform sein.
  • 16b zeigt eine bestimmte Implementation des Wandlers 1600 mit PFC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1600 kann beispielsweise mit dem ACX-Wandler 908, der Energiespeicherstufe 1612 und dem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1622 implementiert werden. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1622 kann als ein Aufwärtswandler mit PFC implementiert werden.
  • Das Schalten und der Betrieb des ACX-Wandlers 908 können jenen des ACX-Wandlers 908 ähneln, wie in den 9a - 9e dargestellt ist, wobei mit dem fünften Steuermodus gearbeitet wird. Der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1622 kann als ein beliebiger auf dem Fachgebiet bekannter Aufwärtswandler mit PFC arbeiten.
  • 16c zeigt Wellenformen des Wandlers 1600 während des Normalbetriebs unter Verwendung des fünften Steuermodus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 16c Wellenformen des Wandlers 1600, welcher der Last RLast mit einer Spannung am Knoten Vaus von 20 V und mit einem High-Line-Eingangssignal (240 VAC/50 Hz) 100 W zuführt. Die Wellenformen aus 16c können durch Betrachtung der 16a und 16b verstanden werden. 16c weist die Kurven 1650 und 1652 der Spannung über die bidirektionalen Schalter 230 bzw. 234, eine Kurve 1664 der Spannung des Knotens Vaus_ACX, eine Kurve 1665 der Spannung des Knotens Vaus, eine Kurve 1662 der Spannung des Knotens Vein, eine Kurve 1661 des durch die Wechselstromquelle 202 fließenden Stroms Iein und die Signale S230, S234, S938 und S940 zum Ansteuern der bidirektionalen Schalter 230 und 234 bzw. der Transistoren 938 und 940 auf.
  • Wie in 16c dargestellt ist, schalten die bidirektionalen Schalter 230 und 234 und die Transistoren 938 und 940 kontinuierlich. Die Spannung des Knotens Vaus_ACX ist ein gleichgerichtetes Wechselspannungssignal, das 0 V erreichen kann, wie durch Kurve 1664 dargestellt ist. Infolge der PFC ist der Strom Iein in Phase mit der Spannung des Knotens Vein, wie durch die Kurven 1661 bzw. 1662 dargestellt ist. Wie durch die Kurven 1664 und 1665 dargestellt ist, arbeitet der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 1622 als Aufwärtswandler.
  • Vorteile einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen, dass Wandler, die einen ACX-Wandler verwenden, mit PFC und ohne PFC implementiert werden können. ACX-Wandler können daher für das Implementieren von Stromversorgungen in einem breiten Leistungszufuhrbereich nützlich sein. Beispielsweise können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dafür ausgelegt werden, Leistungspegel von 1 W oder weniger zuzuführen. Andere Ausführungsformen können dafür ausgelegt werden, Leistungspegel von 65 W, 100 W oder höher zuzuführen. Es können auch andere Leistungszufuhrpegel verwendet werden.
  • Einige Wandler können eine Ausgangswelligkeit in der Ausgangsspannung zeigen. Beispielsweise kann in der Ausgangsspannung eine Ausgangswelligkeit beim Zweifachen der Netzfrequenz vorhanden sein. Einige Wandler, die eine Wandlerstufe aufweisen, wobei ein ACX-Wandler mit PFC verwendet wird, können die Ausgangswelligkeit unter Verwendung verschiedener Techniken verringern. Beispielsweise zeigt 17 einen Wandler mit einem ACX-Wandler mit PFC 1608 und einem Reihen-Leistungs-Pulsationspuffer 1701 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1700 weist die Wechselstromquelle 202, das EMI-Filter 204, den Eingangskondensator Cein, den AC-LLC(ACX)-Wandler mit PFC 1608, die Energiespeicherstufe 1612, den Gleichspannungs/Gleichspannungswandler mit PFC 1622, den Ausgangskondensator Caus, den Reihen-Leistungs-Pulsationspuffer 1701, einen Pufferkondensator CPuff, einen Hilfskondensator CHilfs und eine Last RLast auf.
  • Während des Normalbetriebs kann der Wandler 1700 ähnlich wie der Wandler 1600 arbeiten. Der Wandler 1700 weist den Pufferkondensator CPuff jedoch in Reihe mit der Last RLast auf. Um eine geregelte Ausgabe beizubehalten, kann der Reihen-Leistungs-Pulsationspuffer 1701 die Spannung über den Pufferkondensator CPuff so steuern, dass Vaus = V0 + Vb konstant ist.
  • Der Reihen-Leistungs-Pulsationspuffer 1701 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise kann der Reihen-Leistungs-Pulsationspuffer 1701 einen Abwärts- oder Abwärts-/Aufwärtswandler aufweisen, der vom Hilfskondensator CHilfs mit dem Pufferkondensator CPuff gekoppelt ist. Es sind auch andere Implementationen möglich.
  • 18 zeigt einen Wandler mit einem ACX-Wandler mit PFC 1608 und einer Kompensationsstufe 1801 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wandler 1800 weist die Wechselstromquelle 202, das EMI-Filter 204, den Eingangskondensator Cein, den AC-LLC(ACX)-Wandler mit PFC 1608, die Energiespeicherstufe 1612, den Gleichspannungs/Gleichspannungswandler mit PFC 1622, den Ausgangskondensator Caus, die Kompensationsstufe 1801, den Hilfskondensator CHilfs und die Last RLast auf.
  • Während des Normalbetriebs kann der Wandler 1800 ähnlich wie der Wandler 1600 arbeiten. Der Wandler 1800 weist jedoch eine Kompensationsstufe 1801 auf, die parallel zur Last RLast geschaltet ist. Um eine geregelte Ausgabe beizubehalten, kann die Kompensationsstufe 1801 Energie vom Hilfskondensator CHiifs zum Ausgangskondensator Caus übertragen und Energie vom Ausgangskondensator Caus zum Hilfskondensator CHilfs übertragen.
  • Die Kompensationsstufe 1801 kann auf verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte Arten implementiert werden. Beispielsweise kann die Kompensationsstufe 1801 einen Abwärts- oder Aufwärtswandler aufweisen, der zwischen den Hilfskondensator CHilfs und den Ausgangskondensator Caus geschaltet ist. Es sind auch andere Implementationen möglich.
  • Beispiel 1. Wandler, welcher Folgendes aufweist: eine Gleichrichtungsstufe mit einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss, wobei der erste Versorgungsanschluss und der zweite Versorgungsanschluss dafür ausgelegt sind, ein bipolares Wechselspannungssignal von einer Wechselspannungsquelle zu empfangen, wobei die Gleichrichtungsstufe Folgendes aufweist: eine Halbbrückenschaltung, die zwischen den ersten Versorgungsanschluss und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, einen Transformator und einen Resonanztank, der zwischen einen Ausgang der Halbbrückenschaltung und eine Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, und eine Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe, die zwischen die Gleichrichtungsstufe und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 2. Wandler nach Beispiel 1, wobei der Resonanztank einen Resonanzkondensator, eine erste Resonanzinduktivität und eine zweite Resonanzinduktivität aufweist.
  • Beispiel 3. Wandler nach einem der Beispiele 1 oder 2, wobei ein Ausgang der Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe dafür ausgelegt ist, einer USB-Stromzufuhr,USB-PD,-Schnittstelle Strom bereitzustellen.
  • Beispiel 4. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die Halbbrückenschaltung Folgendes aufweist: einen ersten bidirektionalen Schalter, der zwischen den ersten Versorgungsanschluss und den Ausgang der Halbbrückenschaltung geschaltet ist, und einen zweiten bidirektionalen Schalter, der zwischen den Ausgang der Halbbrückenschaltung und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 5. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der erste bidirektionale Schalter ausgeschaltet ist und der zweite bidirektionale Schalter eingeschaltet ist, wenn eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Gleichrichtungsstufe kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Ausgabe der Gleichrichtungsstufe.
  • Beispiel 6. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 5, welcher ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die dafür ausgelegt ist, den ersten bidirektionalen Schalter und den zweiten bidirektionalen Schalter mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis ein- und auszuschalten.
  • Beispiel 7. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung insbesondere den ersten bidirektionalen Schalter mit einem Nullspannungsschalten oder Quasi-Nullspannungsschalten einschaltet.
  • Beispiel 8. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei die Gleichrichtungsstufe ferner ein Schalternetzwerk aufweist, das mit einer ersten Sekundärwicklung des Transformators gekoppelt ist.
  • Beispiel 9. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 8, welcher ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die dafür ausgelegt ist, Transistoren des Schalternetzwerkes ein- und auszuschalten, wenn eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Gleichrichtungsstufe kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Ausgabe der Gleichrichtungsstufe.
  • Beispiel 10. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 8, welcher ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die dafür ausgelegt ist, Transistoren des Schalternetzwerkes auszuschalten, wenn eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Gleichrichtungsstufe kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Ausgabe der Gleichrichtungsstufe.
  • Beispiel 11. Wandler nach Anspruch 10, wobei insbesondere der erste Faktor auf einem Wicklungsverhältnis des Transformators beruht.
  • Beispiel 12. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 11, wobei das Schalternetzwerk Folgendes aufweist: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einen ersten Schaltanschluss geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen den ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einen zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, und die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe zwischen den ersten Schaltanschluss und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 13. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 12, wobei das Schalternetzwerk optional ferner Folgendes aufweist: einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Schaltanschluss und einen zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung geschaltet ist, und einen zweiten Kondensator, der zwischen den zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 14. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 13, wobei das Schalternetzwerk ferner Folgendes aufweist: einen dritten Transistor, der zwischen den ersten Schaltanschluss und einen zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung geschaltet ist, einen vierten Transistor, der zwischen den zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Schaltanschluss und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 15. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 13, wobei das Schalternetzwerk optional ferner Folgendes aufweist: einen ersten bidirektionalen Schalter, der zwischen den vierten Transistor und den zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung geschaltet ist.
  • Beispiel 16. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 11, wobei das Schalternetzwerk Folgendes aufweist: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einen ersten Schaltanschluss geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen einen zweiten Anschluss einer zweiten Sekundärwicklung und den ersten Schaltanschluss geschaltet ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Schaltanschluss und einen zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, wobei der zweite Schaltanschluss mit einem zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einem ersten Anschluss der zweiten Sekundärwicklung gekoppelt ist, und die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe zwischen den ersten Schaltanschluss und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 17. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 11 und 16, wobei die Primärwicklung des Transformators einen ersten Abschnitt der Primärwicklung aufweist, der über einen ersten Schalter mit einem zweiten Abschnitt der Primärwicklung gekoppelt ist.
  • Beispiel 18. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 11 und 16 bis 17, wobei der erste Schalter optional ein mechanisches Relais aufweist.
  • Beispiel 19. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 11 und 16 bis 18, wobei die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe einen nicht invertierten Abwärts-/Aufwärtswandler aufweist.
  • Beispiel 20. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 11 und 16 bis 18, wobei die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe einen Aufwärtswandler aufweist.
  • Beispiel 21. Wandler nach einem der Beispiele 1 bis 4, 6 bis 18, wobei die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe einen Aufwärtswandler mit Leistungsfaktorkorrektur (PFC) aufweist.
  • Beispiel 22. Verfahren zum Betreiben eines Wandlers, welches Folgendes aufweist: Empfangen eines bipolaren Wechselspannungssignals von einer Wechselspannungsquelle mit einer Halbbrückenschaltung, die mit einem Resonanztank gekoppelt ist, wobei der Resonanztank einen ersten Resonanzkondensator, eine erste Resonanzinduktivität und eine zweite Resonanzinduktivität aufweist, Aktivieren des Resonanztanks, Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals mit einem Schalternetzwerk, um ein gleichgerichtetes Signal zu erzeugen, galvanisches Isolieren der Halbbrückenschaltung vom Schalternetzwerk und Umwandeln des gleichgerichteten Signals in eine erste Spannung mit einem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler.
  • Beispiel 23. Verfahren nach Beispiel 22, wobei das Aktivieren des Resonanztanks Folgendes aufweist: Ein- und Ausschalten eines ersten bidirektionalen Schalters der Halbbrückenschaltung bei einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis und Ein- und Ausschalten eines zweiten bidirektionalen Schalters der Halbbrückenschaltung bei einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis.
  • Beispiel 24. Verfahren nach einem der Beispiele 22 oder 23, wobei insbesondere beim galvanischen Isolieren der Halbbrückenschaltung vom Schalternetzwerk ein Transformator verwendet wird, der zwischen die Halbbrückenschaltung und das Schalternetzwerk geschaltet ist, und beim Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals ferner Transistoren des Schalternetzwerkes ein- und ausgeschaltet werden.
  • Beispiel 25. Verfahren nach einem der Beispiele 22 bis 24, wobei insbesondere beim Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals ferner Transistoren des Schalternetzwerkes ausgeschaltet werden, wenn das bipolare Wechselspannungssignal kleiner als das mit einem ersten Faktor multiplizierte gleichgerichtete Signal ist.
  • Beispiel 26. Verfahren nach einem der Beispiele 22 bis 25, wobei insbesondere beim Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals ferner der erste bidirektionale Schalter ausgeschaltet wird und der zweite bidirektionale Schalter eingeschaltet wird, wenn eine Spannung über eine Sekundärwicklung des Transformators größer ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Spannung über eine Primärwicklung des Transformators.
  • Beispiel 27. Verfahren nach einem der Beispiele 22 bis 26, wobei das bipolare Wechselspannungssignal eine quadratisch gemittelte Spannung zwischen 85 V und 140 V aufweist und die erste Spannung einen Gleichspannungspegel zwischen 3 V und 20 V aufweist.
  • Beispiel 28. Verfahren nach einem der Beispiele 22 bis 26, wobei das bipolare Wechselspannungssignal eine quadratisch gemittelte Spannung zwischen 200 V und 270 V aufweist und die erste Spannung einen Gleichspannungspegel aufweist, der größer als 3 V ist.
  • Beispiel 29. Resonanzwandler, welcher Folgendes aufweist: eine Halbbrückenschaltung, welche dafür ausgelegt ist, ein bipolares Wechselspannungssignal zu empfangen, wobei die Halbbrückenschaltung Folgendes aufweist: einen ersten bidirektionalen Schalter, der zwischen einen ersten Versorgungsanschluss und einen zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, einen zweiten bidirektionalen Schalter, der zwischen den ersten bidirektionalen Schalter und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, und einen Resonanztank, der zwischen die Halbbrückenschaltung und eine Primärwicklung eines Transformators geschaltet ist, wobei der erste bidirektionale Schalter und der zweite bidirektionale Schalter bei einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis ein- und ausschalten.
  • Beispiel 30. Resonanzwandler nach Beispiel 29, wobei der Resonanztank einen Resonanzkondensator, eine erste Resonanzinduktivität und eine zweite Resonanzinduktivität aufweist.
  • Beispiel 31. Resonanzwandler nach einem der Beispiele 29 oder 30, wobei insbesondere der Transformator die erste Resonanzinduktivität aufweist.
  • Beispiel 32. Resonanzwandler nach einem der Beispiele 29 - 31, welcher ferner ein Schalternetzwerk aufweist, das zwischen eine Sekundärwicklung des Transformators und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist.
  • Beispiel 33. Resonanzwandler nach einem der Beispiele 29 - 32, wobei Schalter des Schalternetzwerkes dafür ausgelegt sind, auszuschalten, wenn eine Spannung des bipolaren Wechselspannungssignals kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Spannung des Ausgangsanschlusses.
  • Wenngleich diese Erfindung mit Bezug auf der Erläuterung dienende Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der der Erläuterung dienenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen der Beschreibung einfallen. Es ist daher vorgesehen, dass die anliegenden Ansprüche all diese Modifikationen oder Ausführungsformen einschließen.

Claims (20)

  1. Wandler, welcher Folgendes umfasst: eine Gleichrichtungsstufe mit einem ersten Versorgungsanschluss und einem zweiten Versorgungsanschluss, wobei der erste Versorgungsanschluss und der zweite Versorgungsanschluss dafür ausgelegt sind, ein bipolares Wechselspannungssignal von einer Wechselspannungsquelle zu empfangen, wobei die Gleichrichtungsstufe Folgendes umfasst: eine Halbbrückenschaltung, die zwischen den ersten Versorgungsanschluss und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, einen Transformator und einen Resonanztank, der zwischen einen Ausgang der Halbbrückenschaltung und eine Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, und eine Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe, die zwischen die Gleichrichtungsstufe und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist.
  2. Wandler nach Anspruch 1, wobei der Resonanztank einen Resonanzkondensator, eine erste Resonanzinduktivität und eine zweite Resonanzinduktivität umfasst.
  3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Ausgang der Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe dafür ausgelegt ist, einer USB-Stromzufuhr,USB-PD,-Schnittstelle Strom bereitzustellen.
  4. Wandler nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Halbbrückenschaltung Folgendes umfasst: einen ersten bidirektionalen Schalter, der zwischen den ersten Versorgungsanschluss und den Ausgang der Halbbrückenschaltung geschaltet ist, und einen zweiten bidirektionalen Schalter, der zwischen den Ausgang der Halbbrückenschaltung und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist.
  5. Wandler nach Anspruch 4, wobei der erste bidirektionale Schalter ausgeschaltet ist und der zweite bidirektionale Schalter eingeschaltet ist, wenn eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Gleichrichtungsstufe kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Ausgabe der Gleichrichtungsstufe.
  6. Wandler nach Anspruch 4 oder 5, welcher ferner eine Steuereinrichtung umfasst, die dafür ausgelegt ist, den ersten bidirektionalen Schalter und den zweiten bidirektionalen Schalter mit einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis ein- und auszuschalten, wobei die Steuereinrichtung insbesondere ausgelegt ist, den ersten bidirektionalen Schalter mit einem Nullspannungsschalten oder Quasi-Nullspannungsschalten einzuschalten.
  7. Wandler nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die Gleichrichtungsstufe ferner ein Schalternetzwerk umfasst, das mit einer ersten Sekundärwicklung des Transformators gekoppelt ist.
  8. Wandler nach Anspruch 7, welcher ferner eine Steuereinrichtung umfasst, die dafür ausgelegt ist, Transistoren des Schalternetzwerkes ein- und auszuschalten, wenn eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Gleichrichtungsstufe kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Ausgabe der Gleichrichtungsstufe, und/oder welcher ferner eine Steuereinrichtung umfasst, die dafür ausgelegt ist, Transistoren des Schalternetzwerkes auszuschalten, wenn eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Gleichrichtungsstufe kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Ausgabe der Gleichrichtungsstufe, wobei insbesondere der erste Faktor auf einem Wicklungsverhältnis des Transformators beruht.
  9. Wandler nach Anspruch 8, wobei das Schalternetzwerk Folgendes umfasst: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einen ersten Schaltanschluss geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen den ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einen zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, wobei die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe zwischen den ersten Schaltanschluss und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, und wobei das Schalternetzwerk optional ferner Folgendes umfasst: einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Schaltanschluss und einen zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung geschaltet ist, und einen zweiten Kondensator, der zwischen den zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist.
  10. Wandler nach Anspruch 9, wobei das Schalternetzwerk ferner Folgendes umfasst: einen dritten Transistor, der zwischen den ersten Schaltanschluss und einen zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung geschaltet ist, einen vierten Transistor, der zwischen den zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Schaltanschluss und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, wobei das Schalternetzwerk optional ferner Folgendes umfasst: einen ersten bidirektionalen Schalter, der zwischen den vierten Transistor und den zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung geschaltet ist.
  11. Wandler nach Anspruch 8, wobei das Schalternetzwerk Folgendes umfasst: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einen ersten Schaltanschluss geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen einen zweiten Anschluss einer zweiten Sekundärwicklung und den ersten Schaltanschluss geschaltet ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Schaltanschluss und einen zweiten Schaltanschluss geschaltet ist, wobei der zweite Schaltanschluss mit einem zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung und einem ersten Anschluss der zweiten Sekundärwicklung gekoppelt ist, und die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe zwischen den ersten Schaltanschluss und den zweiten Schaltanschluss geschaltet ist.
  12. Wandler nach Anspruch 11, wobei die Primärwicklung des Transformators einen ersten Abschnitt der Primärwicklung umfasst, der über einen ersten Schalter mit einem zweiten Abschnitt der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei der erste Schalter optional ein mechanisches Relais umfasst,
  13. Wandler nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die Gleichspannungs/Gleichspannungswandlerstufe einen nicht invertierten Abwärts-/Aufwärtswandler oder einen Aufwärtswandler, optional mit Leistungsfaktorkorrektur, umfasst.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Wandlers, welches Folgendes umfasst: Empfangen eines bipolaren Wechselspannungssignals von einer Wechselspannungsquelle mit einer Halbbrückenschaltung, die mit einem Resonanztank gekoppelt ist, wobei der Resonanztank einen ersten Resonanzkondensator, eine erste Resonanzinduktivität und eine zweite Resonanzinduktivität umfasst, Aktivieren des Resonanztanks, Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals mit einem Schalternetzwerk, um ein gleichgerichtetes Signal zu erzeugen, galvanisches Isolieren der Halbbrückenschaltung vom Schalternetzwerk und Umwandeln des gleichgerichteten Signals in eine erste Spannung mit einem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Aktivieren des Resonanztanks Folgendes umfasst: Ein- und Ausschalten eines ersten bidirektionalen Schalters der Halbbrückenschaltung bei einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis und Ein- und Ausschalten eines zweiten bidirektionalen Schalters der Halbbrückenschaltung bei einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis, wobei insbesondere beim galvanischen Isolieren der Halbbrückenschaltung vom Schalternetzwerk ein Transformator verwendet wird, der zwischen die Halbbrückenschaltung und das Schalternetzwerk geschaltet ist, und beim Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals ferner Transistoren des Schalternetzwerkes ein- und ausgeschaltet werden, wobei insbesondere beim Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals ferner Transistoren des Schalternetzwerkes ausgeschaltet werden, wenn das bipolare Wechselspannungssignal kleiner als das mit einem ersten Faktor multiplizierte gleichgerichtete Signal ist, wobei weiter insbesondere beim Gleichrichten des bipolaren Wechselspannungssignals ferner der erste bidirektionale Schalter ausgeschaltet wird und der zweite bidirektionale Schalter eingeschaltet wird, wenn eine Spannung über eine Sekundärwicklung des Transformators größer ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Spannung über eine Primärwicklung des Transformators.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das bipolare Wechselspannungssignal eine quadratisch gemittelte Spannung zwischen 85 V und 140 V umfasst und die erste Spannung einen Gleichspannungspegel zwischen 3 V und 20 V umfasst, oder wobei das bipolare Wechselspannungssignal eine quadratisch gemittelte Spannung zwischen 200 V und 270 V umfasst und die erste Spannung einen Gleichspannungspegel umfasst, der größer als 3 V ist.
  17. Resonanzwandler, welcher Folgendes umfasst: eine Halbbrückenschaltung, welche dafür ausgelegt ist, ein bipolares Wechselspannungssignal zu empfangen, wobei die Halbbrückenschaltung Folgendes umfasst: einen ersten bidirektionalen Schalter, der zwischen einen ersten Versorgungsanschluss und einen zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, einen zweiten bidirektionalen Schalter, der zwischen den ersten bidirektionalen Schalter und den zweiten Versorgungsanschluss geschaltet ist, und einen Resonanztank, der zwischen die Halbbrückenschaltung und eine Primärwicklung eines Transformators geschaltet ist, wobei der erste bidirektionale Schalter und der zweite bidirektionale Schalter bei einer konstanten Frequenz und einem konstanten Tastverhältnis ein- und ausschalten.
  18. Resonanzwandler nach Anspruch 17, wobei der Resonanztank einen Resonanzkondensator, eine erste Resonanzinduktivität und eine zweite Resonanzinduktivität umfasst, wobei insbesondere der Transformator die erste Resonanzinduktivität umfasst.
  19. Resonanzwandler nach Anspruch 17 oder 18, welcher ferner ein Schalternetzwerk umfasst, das zwischen eine Sekundärwicklung des Transformators und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist.
  20. Resonanzwandler nach Anspruch 19, wobei Schalter des Schalternetzwerkes dafür ausgelegt sind, auszuschalten, wenn eine Spannung des bipolaren Wechselspannungssignals kleiner ist als eine mit einem ersten Faktor multiplizierte Spannung des Ausgangsanschlusses.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10461555B2 (en) * 2017-05-18 2019-10-29 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Battery charging for mobile devices
US10833594B2 (en) * 2017-05-19 2020-11-10 Infineon Technologies Austria Ag System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding
US10944329B2 (en) * 2018-01-15 2021-03-09 Queen's University At Kingston Power converter topologies and control methods for wide input and output voltage ranges
DE102018203263A1 (de) * 2018-03-06 2019-09-12 Audi Ag Ladeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug
US10931147B2 (en) * 2018-03-29 2021-02-23 Nuvolta Technologies (Hefei) Co., Ltd. Hybrid power converter
KR102657047B1 (ko) * 2018-05-04 2024-04-15 삼성전자주식회사 어댑터, 전원 공급 시스템 및 그의 전원 공급 방법
GB2579537B (en) * 2018-06-07 2022-04-27 Alexander Paston Bacon Tom Ultra-low noise mains DC power supply
US20200220368A1 (en) * 2019-01-08 2020-07-09 Google Llc Universal Adapter
US11552568B2 (en) 2019-03-21 2023-01-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Switching regulator and power management unit including the same
US11418125B2 (en) 2019-10-25 2022-08-16 The Research Foundation For The State University Of New York Three phase bidirectional AC-DC converter with bipolar voltage fed resonant stages
EP3846329A1 (de) * 2019-12-31 2021-07-07 Solaredge Technologies Ltd. Gleichstromausgleichsschaltung mit zvs
US11799383B2 (en) * 2021-02-18 2023-10-24 Monolithic Power Systems, Inc. Hybrid DC-DC converter
CN114301297A (zh) * 2021-06-23 2022-04-08 华为数字能源技术有限公司 一种功率变换器、增大逆向增益范围的方法、装置、介质
US11658581B1 (en) * 2022-02-15 2023-05-23 Acbel Polytech Inc. Power converter with adjustable output voltage
CN117293939A (zh) * 2022-06-20 2023-12-26 Oppo广东移动通信有限公司 充电电路、电子设备、充电系统及充电控制方法
EP4304068A1 (de) * 2022-07-04 2024-01-10 Goodrich Control Systems Leistungswandlertopologie
CN116388588B (zh) * 2023-05-29 2023-08-18 成都市易冲半导体有限公司 整流控制电路、电能接收装置和电子设备

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6975098B2 (en) * 2002-01-31 2005-12-13 Vlt, Inc. Factorized power architecture with point of load sine amplitude converters
US8134851B2 (en) * 2003-11-04 2012-03-13 International Rectifier Corporation Secondary side synchronous rectifier for resonant converter
US8243476B2 (en) * 2007-05-09 2012-08-14 International Rectifier Corporation HEMT/GaN half-bridge circuit
EP2073366B1 (de) * 2007-12-18 2016-04-27 ABB Research Ltd. Gleichstromsteller mit Resonanzwandler
US8289741B2 (en) * 2010-01-14 2012-10-16 Flextronics Ap, Llc Line switcher for power converters
WO2013018787A1 (ja) * 2011-08-04 2013-02-07 株式会社村田製作所 スイッチング電源装置
US9444355B2 (en) * 2013-03-14 2016-09-13 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for determining a bridge mode for power conversion
WO2015035397A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Aerovironment, Inc. Resonant isolated active pfc rectifier
GB2524102A (en) * 2014-03-14 2015-09-16 Eisergy Ltd A switched mode AC-DC converter
US9780636B2 (en) * 2015-01-19 2017-10-03 Infineon Technologies Austria Ag Protection from hard commutation events at power switches
US9559602B2 (en) * 2015-02-26 2017-01-31 Infineon Technologies Austria Ag Magnetizing current based control of resonant converters
US9847710B2 (en) * 2015-04-02 2017-12-19 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Universal system structure for low power adapters
US9973099B2 (en) * 2015-08-26 2018-05-15 Futurewei Technologies, Inc. AC/DC converters with wider voltage regulation range
US10879805B2 (en) * 2015-09-22 2020-12-29 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a switched-mode power supply having a transformer with a plurality of primary windings
US10135348B2 (en) * 2016-05-13 2018-11-20 Infineon Technologies Austria Ag LLC power converter and switching method thereof

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Publication number Publication date
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