DE102018118080A1

DE102018118080A1 - Aktiver Sperrwandler mit variabler Resonanzfrequenz

Info

Publication number: DE102018118080A1
Application number: DE102018118080.2A
Authority: DE
Inventors: Nico Fontana; Alfredo Medina-Garcia
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: DE102018118080B4; WO2020021020A1

Abstract

Ein ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler (600; 610; 700; 710; 720; 900; 1020) umfasst eine schaltbare Klemmschaltung (Lk, S2, Cclamp; Lk,p, S2, Cclamp), die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist, und einen Tankkondensator (Cclamp; Cout), der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz (Lk; Lk,p, Lk,s) des ACF-Wandlers eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird. Der ACF-Wandler umfasst weiterhin mindestens einen zusätzlichen Kondensator (Cadd) und der Resonator kann zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator (Cadd) mit dem Resonator verbunden ist, und einem zweiten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator (Cadd) von dem Resonator getrennt ist, geschaltet werden, wobei eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Resonators variabel ist.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Patentschrift bezieht sich auf Ausführungsformen eines Active-Clamp-Sperrwandlers, auf Ausführungsformen eines Steuersystems, das einen Active-Clamp-Sperrwandler und eine Steuereinheit umfasst, und auf Ausführungsformen zum Betreiben eines Active-Clamp-Sperrwandlers.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele Funktionen von modernen Einrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Ansteuern eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, basieren auf Leistungshalbleiterbauelementen. Beispielsweise sind IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich unter anderem Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
Ein solcher Leistungswandler ist beispielsweise ein Sperrwandler, der typischerweise einen MOSFET als ein Schaltelement verwendet.
Ein Sperrwandler wandelt eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung um und sorgt für eine galvanische Trennung zwischen diesen Spannungen mit Hilfe eines Transformators.
Bekannte Sperrwandler können in Arten auf Basis des angewendeten Arbeitsprinzips unterteilt werden. Eine erste Art basiert auf einem nichtlückenden Betrieb (CCM - Continuous Conduction Mode), wobei der Transformator eine Restenergie besitzt, wenn das Schaltelement eingeschaltet wird. Eine zweite Art basiert auf einem lückenden Betrieb (DCM - Discontinuous Conduction Mode), wobei der Transformator im Wesentlichen keine Energie besitzt, wenn das Schaltelement eingeschaltet wird. Zudem sind ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler ausgedacht worden, um eine Leckinduktanz des Wandlers durch Speichern der Energie in einer schaltbaren aktiven Klemme zu kompensieren.
Die vorliegende Patentschrift betrifft die ACF-Wandler.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler vorgestellt. Der ACF-Wandler umfasst eine schaltbare Klemmschaltung, die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist, und einen Tankkondensator, der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz des ACF-Wandlers, eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird, wobei der ACF-Wandler mindestens einem zusätzlichen Kondensator umfasst und der Resonator zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator mit dem Resonator verbunden ist, und einen zweiten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator von dem Resonator getrennt ist, geschaltet werden kann, wobei eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Resonators variabel ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein weiterer ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler vorgestellt. Der ACF-Wandler umfasst eine schaltbare Klemmschaltung, die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist, und einen Tankkondensator, der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz des ACF-Wandlers, eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird. Der ACF-Wandler ist dazu ausgebildet, mit einer beliebigen von mindestens einer ersten Ausgangsspannung und einer zweiten Ausgangsspannung mit einem gleichen primären Spitze-Spitze-Strom betrieben zu werden und eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung variabel ist, wobei die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung um mindestens einen Faktor von 2 differieren und die Kapazität des Resonators gemäß einer spannungsabhängigen Kapazität des Tankkondensators derart differiert, dass zwischen einer beliebigen der Ausgangsspannungen ein Verhältnis einer halben Resonanzperiode des Resonators zu einer Entmagnetisierungszeit des ACF-Wandlers um weniger als einen Faktor von 1,3 variiert.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein ACF(Active Clamp Flyback)-Wandlersteuersystem vorgestellt. Das ACF-Wandlersteuersystem umfasst einen ACF-Wandler wie hierin beschrieben und eine mit dem ACF-Wandler verbundene Steuereinheit. Die Steuereinheit ist ausgebildet zum Bestimmen einer Ausgangsspannung des ACF-Wandlers; Bestimmen, auf Basis der Ausgangsspannung, eines bezeichneten Schaltzustands des Resonators des ACF-Wandlers; Generieren eines Schaltsignals für den Resonator gemäß dem bezeichneten Schaltzustand und Ausgeben des Schaltsignals zu dem ACF-Wandler.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines ACF(Active Clamp Flyback)-Wandlers vorgestellt. Der ACF-Wandler umfasst eine schaltbare Klemmschaltung, die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist; einen Tankkondensator, der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz des ACF-Wandlers, eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird, und mindestens einen zusätzlichen Kondensator, wobei der Resonator zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator mit dem Resonator verbunden ist, und einen zweiten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator von dem Resonator getrennt ist, geschaltet werden kann, wobei eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Resonators variabel ist. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Ausgangsspannung des ACF-Wandlers; Bestimmen, auf Basis der Ausgangsspannung, eines bezeichneten Schaltzustands des Resonators des ACF-Wandlers; Generieren eines Schaltsignals für den Resonator gemäß dem bezeichneten Schaltzustand und Ausgeben des Schaltsignals zu dem ACF-Wandler.
Der Fachmann erkennt bei der Lektüre der folgenden Beschreibung und bei der Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile.
Figurenliste
Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen das Veranschaulichen von Prinzipien der Erfindung betont wird. Zudem können in den Figuren gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile bezeichnen. Es zeigen:

1 schematisch und beispielhaft einen ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler gemäß einem Beispiel;
2A - 2B schematisch und beispielhaft für verschiedene Ausgangsspannungen Wellenformen eines ACF-Wandlers während eines Schaltzyklus gemäß einem Beispiel;
3 schematisch und beispielhaft einen ACF-Wandler gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
4 schematisch und beispielhaft grafische Darstellungen einer spannungsabhängigen Kapazität von unterschiedlich ausgebildeten Kondensatoren gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
5 schematisch und beispielhaft einen ACF-Wandler gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
6A-7C schematisch und beispielhaft ACF-Wandler gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8 schematisch und beispielhaft einen ACF-Wandler gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
9 schematisch und beispielhaft einen ACF-Wandler gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
In dieser Hinsicht kann unter Bezugnahme auf die Orientierungen der Figuren, die beschrieben werden, eine Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Unterseite“, „unter“, „front“, „dahinter“, „hinter“, „vorlaufende“, „nachlaufende“, „über“ usw. verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel wird als Erläuterung geliefert und ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung gedacht. Beispielsweise können Merkmale, die dargestellt oder als Teil einer Ausführungsform beschrieben sind, an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen beinhalten. Die Beispiele werden unter Verwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht skaliert und dienen nur Veranschaulichungszwecken. Der Übersichtlichkeit halber sind die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte in den verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Referenzen bezeichnet worden, wenn nicht etwas anderes angegeben ist.
Im Kontext der vorliegenden Patentschrift sollen die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niedrohmige elektrische Verbindung oder einen niederohmigen Strompfad zwischen zwei Gebieten, Sektionen, Zonen, Abschnitten oder Teilen der hierin beschriebenen Einrichtung vorliegt. Weiterhin soll im Kontext der vorliegenden Patentschrift der Ausdruck „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des jeweiligen Halbleiterbauelements vorliegt; z.B. kann ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen enthalten.
Zusätzlich wird im Kontext der vorliegenden Patentschrift der Ausdruck „elektrische Isolation“, falls nicht anderweitig festgestellt, im Kontext seines allgemeinen gültigen Verständnisses verwendet und soll beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander positioniert sind und dass keine ohmsche Verbindung vorliegt, die jene Komponenten verbindet. Komponenten, die elektrisch voneinander getrennt sind, können jedoch dennoch aneinander gekoppelt sein, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt. Um ein Beispiel zu geben, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander getrennt sein und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv z.B. mit Hilfe einer Isolation, z.B. eines Dielektrikums, aneinander gekoppelt sein.
1 zeigt schematisch einen ACF-Wandler 100. An einer Eingangs- oder Primärseite des ACF-Wandlers 100 wird eine Eingangsspannung V_in angelegt. Die Eingangsspannung V_in wird durch den ACF-Wandler 100 in eine Ausgangsspannung V_out umgewandelt, die an einer Ausgangs- oder Sekundärseite des ACF-Wandlers 100 bereitgestellt wird. Ein Transformator des ACF-Wandlers 100 sorgt für eine galvanische Isolation zwischen der Primärseite und der Sekundärseite. Ein Strom durch die Primärseite kann mit Hilfe des primärseitigen Schalters S1 geschaltet werden. Weiter ist auf der Primärseite eine Klemmschaltung angeordnet, die eine Primärwicklung des Transformators, eine Leckinduktanz L_k, einen Klemmschaltungsschalter S2 und eine Klemmkapazität C_clamp umfasst. Auf der Sekundärseite des ACF-Wandlers 100 kann ein Strom mit Hilfe eines Synchrongleichrichters SR oder einer Diode geschaltet werden, der/die zum Reduzieren von Leitungsverlusten dient. Weiterhin sind auf der Primärseite und der Sekundärseite Kondensatoren C_in und C_out angeordnet.
Der Betrieb des ACF-Wandlers 100 wird unter Bezugnahme auf 1 und 2A beschrieben. Die in 2A gezeigten Wellenformen entsprechen beispielhaft einem Betrieb des ACF-Wandlers 100 mit einer Nennleistung P_out = 65 W, einer konstanten Ausgangsspannung V_out = 20 V bei Volllast und V_in = 90 V rms.
Während einer ersten Phase t0 - t1 befindet sich der Schalter 1 in einer Ein-Position, während sich die Schalter S2 und SR in einer Aus-Position befinden. Die positive Spannung V_in zwingt den gleichen Strom durch die magnetisierende Induktanz L_m des Transformators und die Leckinduktanz L_k. Kein Strom fließt durch die Sekundärseite, da der SR ausgeschaltet ist. Beispielsweise blockiert eine Body-Diode des SR eine Spannung gleich V_out + V_in/n, wobei n das Transformatorwicklungsverhältnis ist. Während der ersten Phase folgt der primärseitige Strom Gleichung (1): $I_{L m} (t) = I_{L k} (t) = I_{L M} (t_{0}) + \frac{V_{i n}}{L_{m} + L_{k}} (t - t_{0})$
Während einer zweiten Phase t1 - t2 sind alle Schalter ausgeschaltet. Der Magnetisierungsstrom bleibt positiv, wodurch die parasitäre Kapazität des Schalters S2 entladen wird. Dies ermöglicht ein nachfolgendes Nullspannungsschalten (ZVS - Zero Voltage Switching) für den Schalter S2.
Während einer dritten Phase t2 - t3 wird der Schalter S2 unter ZVS eingeschaltet, während alle anderen Schalter ausgeschaltet sind. Sobald die primärseitige Spannung einen Wert erreicht, der geringfügig über der reflektierten Spannung n * V_out liegt, beginnt die Body-Diode des SR, Strom zu leiten und eine Resonanz tritt zwischen der Leckinduktanz L_k und dem Klemmkondensator C_clamp auf. Die Resonanzfrequenz der Schwingung folgt Gleichung (2): $f_{r e s} = \frac{1}{2 π \sqrt{L_{k} C_{c l a m p}}}$
Gleichzeitig entlädt die Magnetisierungsinduktanz mit einem Strom gleich Gleichung (3): $I_{L m} (t) = I_{L m} (t_{2}) - \frac{n V_{o u t}}{L_{m}} (t - t_{2})$
Der durch den sekundärseitigen SR fließende Strom ist gleich der Differenz zwischen dem Magnetisierungsstrom I_Lm und dem Leckstrom I_Lk, wie durch Gleichung (4) ausgedrückt: $I_{S R} (t) = n (I_{L m} (t) - I_{L k} (t))$
Wenn I_Lk(t) = I-Lm(t), ist der sekundärseitige Strom gleich null und der SR kann unter Nullstromschalten (ZCS - Zero Current Switching) ausgeschaltet werden. Um den ZVS- und ZCS-Betrieb zur gleichen Zeit sicherzustellen, muss der Leckstrom I_Lk den Magnetisierungsstrom I_Lm schneiden, während letzterer negativ genug ist, um in der Lage zu sein, eine an einem Drainknoten des primärseitigen Schalters S1 gesehene parasitäre Kapazität vollständig zu entladen. Ein optimaler Betrieb wird erzielt, wenn die Kreuzung an dem minimalen Ausmaß an negativem Magnetisierungsstrom geschieht, der benötigt wird, um die an dem Drainknoten des primärseitigen Schalters S1 gesehene parasitäre Kapazität zu entladen.
Während einer vierten Phase t3 - t4 sind alle Schalter ausgeschaltet. Der Magnetisierungsstrom bleibt negativ, wodurch die am Drainknoten des primärseitigen Schalters S1 gesehene parasitäre Kapazität entladen wird. Dies ermöglicht ein nachfolgendes Nullspannungsschalten (ZVS) für ein verlustloses Einschalten des Schalters S1 in der nächsten Phase. Nachdem die am Drainknoten des primärseitigen Schalters S1 gesehene parasitäre Kapazität vollständig entladen worden ist, kann ein neuer Schaltzyklus mit einem ZVS-Einschalten des Schalters S1 beginnen.
Ein Nullstromschalt(ZCS)-Betrieb für den SR ist wünschenswert, um ein verlustloses Abschalten des Bauelements zu ermöglichen. Wenn eine einzelne konstante Ausgangsspannung mit Hilfe des ACF-Wandlers 100 synthetisiert wird, ist es möglich, ein ZCS für alle Last- und Eingangsspannungsbedingungen unter Verwendung einer Steuerung mit variabler Schaltfrequenz sicherzustellen, wo die Auszeit des Hauptschalters S1 durch verschiedene Last- und Eingangsspannungsbedingungen konstant ist. Dementsprechend werden ACF-Wandler oftmals ausgelegt, eine einzelne konstante Ausgangsspannung zu liefern, für die der Wandlerbetrieb optimiert ist. Die Ausgangsspannungsreglung wird mit solchen Bauelementen durch Variieren der Einschaltzeit des Hauptschalters S1 erzielt. Die Auszeit ist so gewählt, dass ZVS und ZCS sichergestellt sind, wenn sich die Schaltfrequenz des Wandlers auf ihrem Mindestwert befindet entsprechend einer kleinsten Eingangsspannung und Volllastbedingungen. Indem die Auszeit auf diese Weise gewählt wird, wird sichergestellt, dass auch für alle anderen Eingangsspannungs- und Lastbedingungen der ZVS- und ZCS-Betrieb erreicht wird.
Ein Nachteil dieser Steuerstrategie besteht jedoch darin, dass die Menge an reaktivem Strom, die in dem Wandler kreist, nicht minimiert wird. Bei hohen Eingangsspannungen und geringen Lasten erreicht der Magnetisierungsstrom I_Lm eine negative Spitze, die als Betrag höher ist als die für niedrige Eingangsspannungen und starke Lasten erreichte. Die Folge davon ist eine Zunahme des zirkulierenden Stroms (reaktiven Stroms) bei hohen Eingangsspannungs-/schwachen Lastbedingungen.
Falls weiterhin die Ausgangsspannung nicht länger festliegt, variiert die Steigung des Magnetisierungsstroms während der Entmagnetisierungsphase in Abhängigkeit von der gewählten Ausgangsspannung (dl / dt = - n * V_out / L_m). Falls die gleiche Auszeit verwendet wird, kann infolgedessen das folgende Problem entstehen. Das ZVS für den primärseitigen Hauptschalter S1 kann verloren gehen, das ZCS für den sekundärseitigen Synchrongleichrichter SR kann verloren gehen, und ein hoher Effektivwert des sekundärseitigen Stroms kann auftreten.
Als ein Beispiel zeigt 2B Wellenformen entsprechend einem Betrieb des gleichen Wandlerdesigns wie in 2A, aber mit einer Ausgangsspannung Vout = 10 V anstatt von 20 V, mit V_in = 90 V_rms und P_out = 40 W. Es ist ersichtlich, dass sowohl ZVS als auch ZCS nicht länger erzielt werden. Obwohl der ZVS-Betrieb durch einfaches Erhöhen der Auszeit wiederhergestellt werden könnte, damit der negative Magnetisierungsstrom ausreicht, um die parasitäre Kapazität von S1 vollständig zu entladen, würde dies sogar den Stromwert erhöhen, bei dem der SR ausgeschaltet wird. Zudem zeigt 2B, dass die Effektivwerte des Leckstroms und des SR-Stroms nicht optimiert sind, da niedrigere Effektivstromwerte eine höhere Effizienz ermöglichen.
3 zeigt schematisch einen ACF-Wandler 300 zur Verwendung mit verschiedenen Ausgangsspannungen. Sofern nachfolgend nichts anderes angegeben ist, entspricht das Design des ACF-Wandlers 300 dem Design des in 1 gezeigten ACF-Wandlers 100. Zudem ist der ACF-Wandler 300 so ausgebildet, dass er mit Schaltzyklen mit Schaltphasen analog zu jenen oben beschriebenen betrieben wird. Im Unterschied zu den vorausgegangenen Beispielen umfasst der ACF-Wandler 300 in der Klemmschaltung einen Klemmkondensator C_clamp_var mit variabler Kapazität. Insbesondere ist die Kapazität des Klemmkondensators C_clamp_var gemäß einer Schwankung bei der Ausgangsspannung V_out variabel.
Die Resonanzfrequenz der durch die Leckinduktanz L_k und den Klemmkondensator C_clamp_var gebildeten Tankschaltung ist durch Gleichung 2 definiert. Dabei folgt die Entmagnetisierungszeit t_demag der Magnetisierungsinduktanz L_m Gleichung 5, wobei I_ppk für den primären Spitze-Spitze-Strom steht und was die Ausgangsspannung V_out involviert: $t_{d e m a g} = \frac{L_{m} I_{p p k}}{n V_{o u t}}$
Um ZCS, ZVS und optimierte Effektivwerte für den SR-Strom und den Leckstrom I_k zu erzielen, sollte eine Kreuzung in den Wellenformen zwischen Leckstrom und Magnetisierungsstrom so nahe wie möglich an der negativen Spitze des letzteren auftreten. Damit dies geschieht, müssen die Entmagnetisierungszeit t_demag der magnetisierenden Induktanz und die Resonanzfrequenz f_res des Resonators Gleichung 6 zumindest gut erfüllen: $t_{d e m a g} = \frac{1}{2 f_{r e s}}$
Dementsprechend kann die Schwankung bei t_demag aufgrund einer Schwankung bei der Ausgangsspannung V_out durch eine entsprechende Schwankung von f_res kompensiert werden. Dennoch resultiert der Leckinduktanzwert aus dem Gesamttransformatordesign, umfassend ein Leck auf der Primär- und der Sekundärseite, die einander über den Transformator beeinflussen und deshalb kaum genau auf justierbare Weise ausgelegt werden können. Gleichzeitig liefert die Klemmkapazität einen geeigneteren Parameter zum Optimieren der Resonanzfrequenz f_res gemäß der variablen Ausgangsspannung V_out.
Es versteht sich, dass Gleichung 7 für einen vorteilhaften Betrieb eines ACF-Wandlers nicht präzise erfüllt sein muss. Dennoch beschränken praktische Überlegungen, z.B. unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, ZVS und andere Effekte zweiter Ordnung sicherzustellen, die Länge der Hälfte der Resonanzperiode T_res so, dass sie innerhalb des Bereichs des 0,5- bis 1,5-fachen der Entmagnetisierungszeit t_demag liegt, wie in Gleichung 7 ausgedrückt: $\frac{1}{2} t_{d e m a g} \leq \frac{T_{r e s}}{2} \leq \frac{3}{2} t_{d e m a g}$
Es versteht sich weiter, dass Schwankungen in der Ausgangsspannung V_out zu einer Schwankung der Schaltfrequenz führen. Insbesondere entsprechen niedrigere Ausgangsspannungen niedrigeren Schaltfrequenzen. Dies bedeutet, dass auch eine niedrigere Tankresonanzfrequenz, somit ein höherer Klemmkapazitätswert, erwünscht ist, falls eine feste Leckinduktanz angenommen wird.
Gemäß dem obigen ist der ACF-Wandler 300 so ausgelegt, dass er optional bei verschiedenen Ausgangsspannungen betrieben wird. Gleichzeitig ist die Klemmkapazität C_clamp_var so ausgebildet, dass sie eine spannungsabhängige Kapazität aufweist, so dass bei einem konstanten Spitze-Spitze-Strom und einer Differenz zwischen mindestens zwei optionalen Ausgangsspannungen um einen Faktor von 2 ein Verhältnis zwischen der Hälfte der Resonanzperiode des Resonators und der Entmagnetisierungszeit t_demag des ACF-Wandlers 300 um weniger als einen Faktor von 1,5 schwankt. Beispielsweise schwankt der Anteil zwischen der Hälfte der Resonanzperiode des Resonators und der Entmagnetisierungszeit t_demag um weniger als 1,4, insbesondere um weniger als 1,3, ganz besonders um weniger als 1,2.
Bei einigen Beispielen umfasst der Klemmkondensator C_clamp_var einen Keramikkondensator. Viele Keramikkondensatoren weisen eine spannungsabhängige Kapazität auf. Somit erleichtert ein geeignet ausgebildeter Keramikkondensator bei einigen Beispielen eine Funktionalität des ACF-Wandlers 300 wie oben beschrieben.
4 zeigt schematisch Beispiele einer Spannungsabhängigkeit der Kapazität von unterschiedlich ausgebildeten Keramikkondensatoren über einen Spannungsbereich von 0 bis 25 V. Wie aus 4 ersichtlich ist, kann, wenn ein vorbestimmter Spitze-Spitze-Strom und optionale Ausgangsspannungen gegeben sind, bei jenen zu arbeiten der ACF-Wandler 300 ausgelegt ist, der Kondensator C_clamp_var für den ACF-Wandler 300 vorteilhafterweise ausgebildet sein. Es folgt aus Gleichungen 5 und 6, dass eine Kapazität des Klemmkondensators C_clamp_var bei einer zweiten Ausgangsspannung V_out2 idealerweise relativ zu der Kapazität von C_clamp_var bei der ersten Ausgangsspannung V_out1 gemäß der folgenden Gleichung 8 schwankt: $C_{2} = C_{1} {(\frac{V_{o u t 1}}{V_{o u t 2}})}^{2}$
Eine größere Ausgangsspannung V_out erfordert somit eine kleinere Kapazität in dem Resonator, was mit den in 4 gezeigten Spannungsabhängigkeiten übereinstimmt. Außerdem kann eine Proportionalität der Kapazität zu dem quadrierten Kehrwert der Ausgangsspannung, wie in Gleichung 9 definiert, beispielsweise über einen substantiellen Spannungsbereich mit Hilfe eines konvexen Kurvensegments in jeder der Kapazitätskurven in 4 approximiert werden. Beispielsweise erstreckt sich ein geeignetes Kurvensegment für den Kondensator über einen Spannungsbereich, dessen größte und kleinste Ausgangsspannung um mindestens einen Faktor von 1,5 differieren, beispielsweise um mindestens einen Faktor von 1,7, insbesondere um mindestens einen Faktor von 2, ganz besonders um mindestens einen Faktor von 2,5.
5 zeigt schematisch einen ACF-Wandler 500. Der ACF-Wandler 500 ist eine Modifikation des ACF-Wandlers 300 von 3. Sofern nicht anderweitig aus dem Folgenden deutlich ist, gelten die obigen Feststellungen über 3 und 4 entsprechend bezüglich einer Struktur und einer Funktionalität des ACF-Wandlers 500.
Im Unterschied zu dem ACF-Wandler 300, wo die Klemmschaltung mit der Hochpotentialseite der Eingangsspannung V_in verbunden ist, umfasst der ACF-Wandler 500 eine Klemmschaltung, die mit der Niederpotentialseite, z.B. Masse, verbunden ist. Der ACF-Wandler 300 umfasst somit eine High-Side-Klemme, wohingegen der ACF-Wandler 500 eine Low-Side-Klemme umfasst. Als eine Besonderheit der Low-Side-Klemme des ACF-Wandlers 500 ist eine an den Klemmkondensator C_clamp_var angelegte Gleichspannung etwa gleich der Summe aus der Eingangsspannung V_in und der reflektierten Ausgangsspannung n * V_out, somit hängt die Resonanzfrequenz f_res nicht nur von der Ausgangsspannung V_out ab, sondern auch von der Eingangsspannung V_in, die bei dem Auslegen des Klemmkondensators C_clamp_var berücksichtigt werden muss.
Die 6A und 6B zeigen schematisch weitere Ausführungsformen von ACF-Wandlern 600, 610 mit einer variablen Kapazität in einer Klemmschaltung, beispielsweise für den Betrieb bei verschiedenen Ausgangsspannungen.
6A zeigt schematisch einen ACF-Wandler 600. Das Design des ACF-Wandlers 600 ähnelt dem des ACF-Wandlers 300 von 3. Im Unterschied zu dem ACF-Wandler 300 umfasst der ACF-Wandler 600 jedoch einen zusätzlichen Kondensator C_add und einen zusätzlichen Schalter S_add. Mit Hilfe des zusätzlichen Schalters S_add kann der zusätzliche Kondensator C_add mit einem Resonator verbunden oder von ihm getrennt werden, der die Leckinduktanz L_k und den Klemmkondensator C_clamp umfasst. Wenn bei dem in 6A gezeigten Beispiel der zusätzliche Schalter S_add sich in einer Ein-Position befindet, ist der zusätzliche Kondensator C_add parallel zu dem Klemmkondensator C_clamp geschaltet, wodurch die Kapazität in dem Resonator addiert wird. Durch die Betätigung des zusätzlichen Schalters S_add kann somit eine Kapazität des Resonators in der Klemmschaltung zwischen der Kapazität des Klemmkondensators C_clamp alleine und alternativ dazu der Summe der Kapazität jedes der Kondensatoren C_clamp und C_add geschaltet werden. Die Kapazität in dem Resonator kann geschaltet werden, um beispielsweise eine verbesserte Resonanzfrequenz f_res gemäß einem Betrieb des ACF-Wandlers 600 an einer von zwei verschiedenen Ausgangsspannungen oder verschiedenen Ausgangsspannungsbereichen bereitzustellen.
Bei einigen Beispielen weisen einer oder beide der Kondensatoren C_clamp, C_add eine spannungsabhängige Kapazität auf. In diesen Beispielen wird das Schalten des zusätzlichen Schalters S_add weiterhin gemäß der Ausgangsspannung auf Basis der spannungsabhängigen Kapazität eines oder beider der Kondensatoren C_clamp, C_add durchgeführt.
6B zweigt schematisch einen AFC-Wandler 610. Im Unterschied zu dem ACF-Wandler 600 sind in dem ACF-Wandler 610 der zusätzliche Kondensator C_add und der zusätzliche Schalter S_add so angeordnet, dass der zusätzliche Kondensator C_add durch die Betätigung des zusätzlichen Schalters S_add in Reihe zu dem Klemmkondensator C_clamp geschaltet wird. Durch Schalten des zusätzlichen Schalters S_add in eine Aus-Position wird insbesondere ein Strom in der Klemmschaltung dazu gezwungen, durch den zusätzlichen Kondensator C_add zu fließen, der in Reihe zu dem Resonator in der Klemmschaltung geschaltet ist. Umgekehrt wird durch Schalten des zusätzlichen Schalters S_add in einer Ein-Position der zusätzliche Kondensator C_add kurzgeschlossen, wodurch er von dem Resonator ausgeschlossen wird, sodass C_add effektiv nicht zu der Kapazität in dem Resonator beiträgt.
7A bis 7C zeigen schematisch ACF-Wandler 700, 710, 720 gemäß weiteren Ausführungsformen. Ähnlich zu den Ausführungsformen in 6A und 6B zeigen die Ausführungsformen in 7A bis 7C ACF-Wandler mit schaltbaren Resonatoren. Im Unterschied zu den vorausgegangenen Beispielen jedoch, wo die Klemmschaltung an einer Hochpotentialseite der Eingangsspannung V_in angeschlossen ist, umfassen die Ausführungsformen in 7A bis 7C Klemmschaltungen, die mit einer Niederpotentialseite verbunden sind, wodurch Low-Side-Klemmen analog zu dem ACF-Wandler 500 von 5 ausgebildet werden.
7A zeigt schematisch einen ACF-Wandler 700 ähnlich dem ACF-Wandler 600 von 6A. Insbesondere wird durch Schalten des zusätzlichen Schalters S_add eine Kapazität des Resonators in der Klemmschaltung gemäß dem zusätzlichen Kondensator C_add geändert, der parallel zu dem Klemmkondensator C_clamp mit dem Resonator verbunden wird oder von dem Resonator getrennt wird. In dieser Anordnung muss das Steuersignal von S_add das gleiche wie das von S2 sein, was bedeutet, dass auch S_add während des Betriebs mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird. Dies führt zu erhöhten Schaltverlusten. Ein Vorteil dieser Ausbildung liegt jedoch darin, dass S_add, S1 und S2 alle auf das primärseitige niedrige Potential oder Masse referenziert sind, weshalb keine Notwendigkeit für irgendeinen High-Side-Treiber besteht. Bei einigen Beispielen ist S_add ein Schalter vom n-Typ, wohingegen S2 ein Schalter vom p-Typ ist.
7B zeigt schematisch ACF-Wandler 710 gemäß einer anderen Ausführungsform. Der ACF-Wandler 710 unterscheidet sich von dem ACF-Wandler 700 dadurch, dass auch der zusätzliche Kondensator C_add durch den Schalter S2 gleichzeitig mit dem Klemmkondensator C_clamp mit dem Niederpotentialknoten verbunden und von ihm getrennt wird. Auf diese Weise werden erhöhte Schaltverluste wie bei dem ACF-Wandler 700 vermieden. Als ein Mangel ist der zusätzliche Schalter S_add nicht auf das niedrige Potential oder Masse referenziert. Bei einigen Beispielen ist S_add ein Schalter vom n-Typ, wohingegen S2 ein Schalter vom p-Typ ist.
7C zeigt einen ACF-Wandler 720 gemäß einer anderen Ausführungsform. Analog zu dem Wandler in 6B umfasst der ACF-Wandler 720 einen zusätzlichen Kondensator C_add, der mit Hilfe des zusätzlichen Schalters S_add geschaltet werden kann, um in Reihe zu dem Klemmkondensator C_clamp geschaltet zu werden. Beispielsweise ist S_add ein Schalter vom n-Typ, wohingegen S2 ein Schalter vom p-Typ ist. Auch in der Ausführungsform von 7C werden größere Schaltverluste vermieden, da der zusätzliche Schalter S_add während des Betriebs des ACF-Wandlers 720 in der gleichen Position bleibt, nachdem letzterer z.B. auf eine beabsichtigte Ausgangsspannung verstellt worden ist.
8 zeigt schematisch einen ACF-Wandler 800 gemäß einer anderen Ausführungsform. Das Design des ACF-Wandlers 800 ähnelt dem von 3. Im Unterschied zu dem ACF-Wandler 300 jedoch ist eine variable Kapazität C_out_var auf der Sekundärseite des ACF-Wandlers 800 angeordnet. Aufgrund der Leckreflektion über den Transformator des ACF-Wandlers 800 entsteht eine Leckinduktanz L_k in der Klemmschaltung aus einer Leckinduktanz der Primärseite L_k,p, sowie einer Leckinduktanz der Sekundärseite L_k,s. Falls der Klemmkondensator C_clamp ausreichend groß gewählt wird, um auf der Primärseite eine Resonanzfrequenz zu erzeugen, die viel niedriger ist als eine Schaltfrequenz des ACF-Wandlers 800, wird die Resonanzfrequenz f_res des Tanks hauptsächlich durch die Kapazität auf der Ausgangsseite bestimmt, wie durch Gleichung 9 beschrieben: $f_{r e s} = \frac{1}{2 π \sqrt{(\frac{L_{k, p}}{n^{2}} + L_{k, s}) C_{o u t}}}$
Unter Verwendung von Gleichung 9 anstelle von Gleichung 5 können zum Bestimmen der gewünschten Ausgangskapazität C_out für verschiedene Ausgangsspannungen die oben beschriebenen Techniken in Verbindung mit 3 und 4 analog angewendet werden. Insbesondere ist der Ausgangskondensator C_out vorteilhafterweise so ausgebildet, dass er eine geeignete Spannungsabhängigkeit seiner Kapazität gemäß verschiedenen optionalen Ausgangsspannungen aufweist.
Zu den Vorteilen des ACF-Wandlers 800 können reduzierte Stromwerte für SR, S2 und die Primärseite des Transformators sowie ein optimiertes SR-Verhalten erreicht werden. Jedoch tritt typischerweise eine Hochspannungswelligkeit auf C_out auf, die beispielsweise mit Hilfe einer zusätzlichen LC-Filterstufe ausgefiltert werden muss, wie in 8 durch L_f und C_f gezeigt.
9 zeigt schematisch einen ACF-Wandler 900 gemäß einer anderen Ausführungsform. Ähnlich dem Beispiel von 8 sorgt der ACF-Wandler 900 für eine variable Kapazität auf der Sekundärseite. Analog zu den Beispielen in 6A bis 7C kann die Kapazität in dem Resonator mit Hilfe eines schaltbaren zusätzlichen Kondensators C_add geschaltet werden.
Während 8 und 9 ACF-Wandler mit High-Side-Klemmen zeigt, besitzen Abwandlungen der gezeigten Ausführungsformen Low-Side-Klemmen. Es versteht sich weiter, dass andere Ausführungsformen des ACF-Wandlers 900 einen analog zu 6B in Reihe zu dem Ausgangskondensator C_out angeordneten schaltbaren zusätzlichen Kondensator umfassen.
10 zeigt ein ACF-Wandlersteuersystem 1000 gemäß einer Ausführungsform. Das ACF-Wandlersteuersystem 1000 umfasst eine Steuereinheit 1010 und einen ACF-Wandler 1020, der mit Hilfe der Steuereinheit 1010 geschaltet werden kann.
In einigen Beispielen umfasst der ACF-Wandler 1020 einen schaltbaren ACF-Wandler wie oben beschrieben in Verbindung mit einer beliebigen der 5 bis 7C und 9. In weiteren Beispielen ist die Steuereinheit ausgebildet zum Schalten des ACF-Wandlers 1020 zwischen verschiedenen Schaltzuständen eines Tankresonators des ACF-Wandlers 1020, wobei die verschiedenen Schaltzustände verschiedenen Kapazitätswerten entsprechen, die im Tankresonator vorliegen. In weiteren Beispielen ist die Steuerschaltung 1010 ausgebildet zum Schalten des ACF-Wandlers 1020 gemäß verschiedenen Ausgangsspannungen, die für einen Betrieb des ACF-Wandlers 1020 vorgesehen sind.
Bei einigen der oben erwähnten Beispiele ist die Steuereinheit ausgebildet zum Bestimmen einer Ausgangsspannung des ACF-Wandlers und zum Bestimmen, auf Basis der Ausgangsspannung, des bezeichneten Schaltzustands des Resonators des ACF-Wandlers 1020. Sie ist weiter ausgebildet zum Generieren eines Schaltsignals für den Resonator gemäß der bezeichneten Schaltstufe und Ausgeben des Schaltsignals zu dem ACF-Wandler 1020. Beispielsweise wird das Bestimmen des bezeichneten Schaltzustands des Resonators auf Basis der Ausgangsspannung durch Zugriff auf eine Abbildungstabelle durchgeführt, in der verschiedene Spannungen oder Spannungsbereiche mit verschiedenen Schaltzuständen des ACF-Wandlers 1020 assoziiert sind.
In den obigen Beispielen sind ACF-Wandler mit schaltbaren Resonatoren beschrieben worden, bei denen eine Kapazität des Tankresonators zwischen zwei Schaltzuständen geschaltet werden kann. Es versteht sich jedoch, dass andere Ausführungsformen ACF-Wandler umfassen, die zwischen mehr als zwei Schaltzuständen geschaltet werden können, beispielsweise mit zwei oder mehr zusätzlichen Kondensatoren C_add, die individuell oder gruppenweise geschaltet werden können, um mit dem Resonator verbunden oder von ihm getrennt zu werden, gemäß einer beabsichtigten Ausgangsspannung.
11 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Betreiben eines ACF-Wandlers. Das Verfahren 1100 soll mit einem ACF-Wandler, z.B. wie in Verbindung mit 6A bis 7C und 9 beschrieben, verwendet werden. Das Verfahren 1100 kann z.B. mit Hilfe eines ACF-Wandlersteuersystems 1000 von 10 durchgeführt werden. Das Verfahren 1100 umfasst das Bestimmen einer Ausgangsspannung des ACF-Wandlers, Block 1110; Bestimmen, auf Basis der Ausgangsspannung, des bezeichneten Schaltzustands des Resonators des ACF-Wandlers, Block 1120; Generieren eines Schaltsignals für den Resonator gemäß dem bezeichneten Schaltzustand, Block 1130; und Ausgeben des Schaltsignals zu dem ACF-Wandler, Block 1140.
Räumlich relative Ausdrücke wie etwa „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen werden zur Erleichterung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Ausdrücke sollen verschiedene Orientierungen der jeweiligen Einrichtung zusätzlich zu anderen Orientierungen als jenen in den Figuren dargestellten umschließen. Weiterhin werden Ausdrücke wie etwa „erster“, „zweiter“ und dergleichen ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Sektionen usw. zu beschreiben, und sollen nicht beschränkend sein. Gleiche Ausdrücke beziehen sich in der Beschreibung auf gleiche Elemente.
Wie hierin verwendet, sind die Ausdrücke „mit“, „enthaltend“, „einschließlich“, „umfassend“, „aufweisend“ und dergleichen offene Ausdrücke, die die Anwesenheit von erwähnten Elementen oder Merkmalen anzeigen, zusätzliche Elemente oder Merkmale aber nicht ausschließen.
Unter Berücksichtigung des oben genannten Bereichs von Abwandlungen und Anwendungen ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung weder durch die obige Beschreibung noch durch die beiliegenden Zeichnungen beschränkt wird. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente beschränkt.

Claims

ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler (600; 610; 700; 710; 720; 900; 1020), umfassend: - eine schaltbare Klemmschaltung (Lk, S2, Cclamp; Lk,p, S2, Cclamp), die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist, und - einen Tankkondensator (Cclamp; Cout), der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz (Lk; Lk,p, Lk,s) des ACF-Wandlers eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird, wobei der ACF-Wandler mindestens einen zusätzlichen Kondensator (Cadd) umfasst und der Resonator zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator (Cadd) mit dem Resonator verbunden ist, und einem zweiten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator (Cadd) von dem Resonator getrennt ist, geschaltet werden kann, wobei eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Resonators variabel ist.
ACF-Wandler (600; 610; 700; 710; 720; 900) nach Anspruch 1, wobei der ACF-Wandler dazu ausgebildet ist, mit mindestens einer ersten Ausgangsspannung und einer zweiten Ausgangsspannung betrieben zu werden und der Resonator dazu ausgebildet ist, gemäß der Ausgangsspannung geschaltet zu werden.
ACF-Wandler (600; 610; 700; 710; 720; 900) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zusätzliche Kondensator (Cadd) dazu ausgebildet ist, die Kapazität des Resonators in Kombination mit dem Tankkondensator (Cclamp; Cout) zu erzeugen, wenn sich der Resonator in dem ersten Schaltzustand befindet.
ACF-Wandler (600; 700; 710; 900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zusätzliche Kondensator (Cadd) parallel zu dem Tankkondensator (Cclamp; Cout) geschaltet ist.
ACF-Wandler (610; 720) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zusätzliche Kondensator (Cadd) in Reihe zu dem Tankkondensator (Cclamp; Cout) geschaltet ist.
ACF(Active Clamp Flyback)-Wandler (300; 500; 800), umfassend: - eine schaltbare Klemmschaltung (Lk, S2, Cclamp; Lk,p, S2, Cclamp), die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist, und - einen Tankkondensator (Cclamp_var; Cout_var), der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz (Lk; Lk,p, Lk,s) des ACF-Wandlers, eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird, wobei der ACF-Wandler dazu ausgebildet ist, mit einer beliebigen von mindestens einer ersten Ausgangsspannung und einer zweiten Ausgangsspannung mit einem gleichen primären Spitze-Spitze-Strom betrieben zu werden und eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung variabel ist, wobei die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung um mindestens einen Faktor von 2 differieren und die Kapazität des Resonators gemäß einer spannungsabhängigen Kapazität des Tankkondensators (Cclamp_var; Cout_var) derart differiert, dass zwischen einer beliebigen der Ausgangsspannungen ein Verhältnis einer halben Resonanzperiode des Resonators zu der Entmagnetisierungszeit des ACF-Wandlers um weniger als einen Faktor von 1,3 variiert.
ACF-Wandler (300; 500; 800) nach Anspruch 6, wobei der Tankkondensator (Cclamp_var; Cout_var) einen Keramikkondensator umfasst.
ACF-Wandler (300; 500; 600; 610; 700; 710; 720) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tankkondensator (Cclamp; Cclamp_var) in der schaltbaren Klemmschaltung angeordnet ist.
ACF-Wandler (800; 900) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Tankkondensator (Cout_var; Cout) auf eine Ausgangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist.
ACF-Wandler (900) nach Anspruch 9 mit einem ACF-Wandler nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine zusätzliche Kondensator (Cadd) auf der Ausgangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist.
ACF-Wandler (300; 600; 610; 800; 900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die schaltbare Klemmschaltung eine High-Side-Klemme umfasst.
ACF-Wandler (500; 700; 710; 720) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die schaltbare Klemmschaltung eine Low-Side-Klemme umfasst.
ACF-Wandler (300; 500; 600; 610; 700; 710; 720; 800; 900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung variabel ist, so dass bei einer beliebigen der Ausgangsspannung die Hälfte der Resonanzperiode innerhalb des Bereichs des 0,5- bis 1,5-fachen der Entmagnetisierungszeit des ACF-Wandlers liegt.
ACF-Wandlersteuersystem (1000) umfassend einen ACF-Wandler (1020) nach Anspruch 1 und eine mit dem ACF-Wandler verbundene Steuereinheit (1010), wobei die Steuereinheit ausgebildet ist zum: - Bestimmen einer Ausgangsspannung des ACF-Wandlers; - Bestimmen, auf Basis der Ausgangsspannung, eines bezeichneten Schaltzustands des Resonators des ACF-Wandlers; - Generieren eines Schaltsignals für den Resonator gemäß dem bezeichneten Schaltzustand und - Ausgeben des Schaltsignals zu dem ACF-Wandler.
Verfahren (1100) zum Betreiben eines ACF(Active Clamp Flyback)-Wandlers, wobei der ACF-Wandler umfasst: - eine schaltbare Klemmschaltung, die auf einer Eingangsseite des ACF-Wandlers angeordnet ist; - einen Tankkondensator, der ausgebildet ist zum Ausbilden, in Kombination mit einer Leckinduktanz des ACF-Wandlers, eines Resonators, wenn die Klemmschaltung eingeschaltet wird, und - mindestens einen zusätzlichen Kondensator, wobei der Resonator zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator mit dem Resonator verbunden ist, und einem zweiten Schaltzustand, in dem der zusätzliche Kondensator von dem Resonator getrennt ist, geschaltet werden kann, wobei eine Kapazität des Resonators in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Resonators variabel ist, wobei das Verfahren umfasst: - Bestimmen (1110) einer Ausgangsspannung des ACF-Wandlers; - Bestimmen (1120), auf Basis der Ausgangsspannung, eines bezeichneten Schaltzustands des Resonators des ACF-Wandlers; - Generieren (1130) eines Schaltsignals für den Resonator gemäß dem bezeichneten Schaltzustand und Ausgeben (1140) des Schaltsignals zu dem ACF-Wandler.