DE102018123382A1 - Steuern der Entladung einer X-Kapazität - Google Patents

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DE102018123382A1
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Shi-Heng Hong
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Abstract

Es wird ein Controller (200) für einen AC/DC-Wandler (100) vorgelegt. Der AC/DC-Wandler (100) ist ausgebildet zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse (101, 102), eines AC-Eingangssignals (V) und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals (V) in ein DC-Ausgangssignal (V), wobei der AC/DC-Wandler (100) eine erste DC-Entladungsschaltung (12, 15) umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse (101, 102) gekoppelt ist. Der Controller (200) umfasst eine zweite DC-Entladungsschaltung (28) mit einem steuerbaren Schaltelement (283) zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung (12, 15); eine Logik (23, 24, 25), die ausgebildet ist zum wiederholten Ausführen der folgenden Schritte: Empfangen eines DC-Erfassungssignals (281) von der zweiten DC-Entladungsschaltung (28) und Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals (281) innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals (V) (was eine Entladung des Controllers erfordert); als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals (V), Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28); nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), Bestimmen des Werts des DC-Erfassungssignals (281), und falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), oder falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28) in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium erreicht ist.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Patentschrift bezieht sich auf Ausführungsformen eines Controllers für einen AC/DC-Wandler, auf Ausführungsformen einer Leistungswandlervorrichtung mit einem AC/DC-Wandler und einem daran gekoppelten Controller und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Steuern der Entladung eines AC/DC-Wandlers.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Viele Funktionen von modernen Einrichtungen in Automotive-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Ansteuern eines elektrischen Motors oder einer elektrischen Maschine, basieren auf Leistungshalbleiterbauelementen. Beispielsweise sind IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich unter anderem Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
  • Beispielsweise ist ein typischer Leistungswandler ein AC-zu-DC-Wandler, der eine Schaltungstopologie mit einem oder mehreren Schaltelementen wie etwa MOSFETs aufweist, die das Umwandeln eines Wechselstroms (AC) als Eingangssignal in einen Gleichstrom (DC) als ein Ausgangssignal gestatten. Natürlich kann das Eingangssignal auch als eine Wechselspannung und das Ausgangssignal als eine Gleichspannung geliefert werden.
  • Die Umwandlung des AC-Eingangssignals in das DC-Ausgangssignal wird typischerweise durch einen an den AC/DC-Wandler gekoppelten Controller gesteuert. Verschiedene Topologien können eingesetzt werden und verschiedene Steueralgorithmen können umgesetzt werden, die eine effiziente Umwandlung des AC-Eingangssignals in das DC-Ausgangssignal gestatten.
  • Typische Anwendungen eines AC/DC-Wandlers beinhalten Stromversorgungen für mobile Terminals, wie etwa ein Smartphone, ein Notebook, ein Tablet und dergleichen, und Stromversorgungen für stationäre Terminals wie etwa ein Fernsehgerät oder eine andere Verbrauchereinrichtung.
  • Das AC-Eingangssignal eines AC/DC-Wandlers kann somit die Spannung sein, die durch das Netz geliefert wird, zum Beispiel die 120 V/60 Hz-Spannung oder die 230 V/50 Hz-Spannung und so weiter.
  • Falls die Verbindung des AC-Eingangssignals mit einem AC/DC-Wandler unterbrochen wird, z.B. weil ein Benutzer den AC/DC-Wandler von dem Netz entkoppelt oder aufgrund eines anderen Ereignisses, das eine Unterbrechung der Verbindung bewirkt, z.B. einen Leitungsbruch, kann eine Restspannung durch eine Kapazität des AC/DC-Wandlers gespeichert werden, wobei die Kapazität auch als der X-Kondensator beziehungsweise die X-Kapazität bekannt ist.
  • Eine derartige X-Kapazität muss möglicherweise schnell und auf gesteuerte Weise entladen werden, nachdem die Verbindung zwischen dem AC-Eingangssignal und dem AC/DC-Wandler unterbrochen worden ist.
  • Beispielsweise liefert ein Controller, wie in dem Datenblatt „Texas Instruments, UCC256301 Hybrid Hysteretic Mode Wide VIN LLC Resonant Controller, Enabling Ultra-Low Standby Power“, SLUSCU6B -AUGUST 2017-REVISED AUGUST 2017, erhältlich unter http://www.ti.com/lit/ds/svmlink/ucc256301.pdf, eine Funktionalität bezüglich einer X-Kondensator-Entladung.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein Controller für einen AC/DC-Wandler vorgelegt. Der AC/DC-Wandler ist ausgebildet zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse, eines AC-Eingangssignals und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals in ein DC-Ausgangssignal, wobei der AC/DC-Wandler eine erste DC-Entladungsschaltung umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse gekoppelt ist. Der Controller umfasst eine zweite DC-Entladungsschaltung mit einem steuerbaren Schaltelement zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung; eine Logik, die ausgebildet ist zum wiederholten Ausführen der folgenden Schritte: Empfangen eines DC-Erfassungssignals von der zweiten DC-Entladungsschaltung und Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals; als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals, Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung; nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, Bestimmen des Werts des DC-Erfassungssignals, und falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, oder falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium erreicht ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Leistungswandlervorrichtung vorgelegt. Die Leistungswandlervorrichtung umfasst einen AC/DC-Wandler, wobei der AC/DC-Wandler ausgebildet ist zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse, eines AC-Eingangssignals und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals in ein DC-Ausgangssignal, wobei der AC/DC-Wandler eine erste DC-Entladungsschaltung umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse gekoppelt ist. Die Leistungswandlervorrichtung umfasst einen Controller. Der Controller umfasst eine zweite DC-Entladungsschaltung mit einem steuerbaren Schaltelement zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung; eine Logik, die ausgebildet ist zum wiederholten Ausführen der folgenden Schritte: Empfangen eines DC-Erfassungssignals von der zweiten DC-Entladungsschaltung und Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals; als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals, Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung; nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, Bestimmen des Werts des DC-Erfassungssignals, und falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, oder falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium erreicht ist.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern einer Entladung eines AC/DC-Wandlers vorgelegt. Der AC/DC-Wandler ist ausgebildet zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse, eines AC-Eingangssignals und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals in ein DC-Ausgangssignal, wobei der AC/DC-Wandler eine erste DC-Entladungsschaltung umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst: Verwenden eines Controllers mit einer zweiten DC-Entladungsschaltung mit einem steuerbaren Schaltelement zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung. Das Verfahren umfasst das wiederholte Ausführen der folgenden Schritte: Empfangen eines DC-Erfassungssignals von der zweiten DC-Entladungsschaltung; Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals; als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals, Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung; nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, Bestimmen des Werts des DC-Erfassungssignals, und falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung, oder falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium erreicht ist.
  • Der Fachmann erkennt bei der Lektüre der folgenden ausführlichen 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 Abschnitt eines Leistungswandlers mit einem AC/DC-Wandler und einem Controller gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Leistungswandlers mit einem AC/DC-Wandler und einem Controller gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 schematisch und beispielhaft ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Entladen der X-Kapazität eines AC/DC-Wandlers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 4A-C jeweils schematisch und beispielhaft ein Verfahren zum Entladen der X-Kapazität eines AC/DC-Wandlers 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 werden, wie die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Boden“, „unterer“, „vorderer“, „hinterer“, „Rücken“, „davorliegender“, „dahinterliegender“, „unter“, „über“ usw. verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist auf 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 vorgelegt und ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu liefern. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Varianten beinhaltet. Die Beispiele werden unter Verwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur Veranschaulichungszwecken. Der Übersichtlichkeit halber sind die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit den gleichen Referenzen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnet worden, falls 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 es eine niederohmige elektrische Verbindung oder einen niederohmigen Stromweg zwischen zwei Gebieten, Sektionen, Zonen, Abschnitten oder Teilen eines hier beschriebenen Bauelements gibt. 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. ein Übergang zwischen zwei Elementen, die miteinander in Kontakt stehen, kann kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen enthalten.
  • Weiterhin wird im Kontext der vorliegenden Patentschrift der Ausdruck „elektrische Isolation“, falls nicht etwas anderes angegeben wird, im Kontext seines allgemeinen gültigen Verständnisses verwendet und soll deshalb beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten getrennt von einander positioniert sind und dass keine ohmsche Verbindung existiert, die diese beiden Komponenten verbindet. Jedoch können elektrisch von einander getrennte Komponenten dennoch an einander gekoppelt sein, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt. Um ein Beispiel zu geben, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch von einander isoliert sein und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv an einander gekoppelt sein, z. B. mit Hilfe einer Isolation, z. B. eines Dielektrikums.
  • 1 veranschaulicht schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer Leistungswandlervorrichtung 300 mit einem AC/DC-Wandler 100 und einem Controller 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Der AC/DC-Wandler 100 ist ausgebildet zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse 101, 102, eines AC-Eingangssignals Vin und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals Vin in ein DC-Ausgangssignal Vout , wobei das DC-Ausgangssignal Vout an den DC-Ausgangsanschluss 181, 182 geliefert wird.
  • Bei einer Ausführungsform wird das AC-Eingangssignal Vin durch das Netz geliefert. Somit kann das AC-Eingangssignal Vin eine Wechselspannung sein, z.B. die 120 V/60 Hz-Spannung oder die 230 V/50 Hz-Spannung. Bei einer anderen Ausführungsform kann das AC-Eingangssignal Vin ein anderes Wechselspannungssignal oder ein Wechselstromsignal sein. Beispielsweise wird das AC-Eingangssignal Vin durch eine UPS (Uninterruptible Power Supply - unterbrechungsfreie Stromversorgung) geliefert, wobei das AC-Eingangssignal Vin vielmehr einer Rechteckwelle denn einer Sinuswelle ähneln kann.
  • Der AC/DC-Wandler 100 umfasst weiterhin einen Diodengleichrichter (13) mit Dioden 131, 132, 133 und 134 (die z.B. in der dargestellten Brückenkonfiguration verbunden sind), wobei der Diodengleichrichter 13 an die AC-Eingangsanschlüsse 101, 102 gekoppelt ist und ein DC-Zwischensignal Vin' an den Anschlüssen 161, 162 liefert. Bei einer Ausführungsform kann dieses DC-Zwischensignal Vin' mit Hilfe eines nicht dargestellten Pufferkondensators gepuffert werden. Der Anschluss 161 kann das Hochspannungssignal liefern, wohingegen Anschluss 162 elektrisch mit Erde/Masse 14 verbunden sein kann.
  • Das DC-Zwischenspannungssignal Vin' wird an einen Wandlerblock 17 geliefert, der das DC-Ausgangssignal Vout an dem DC-Ausgangsanschluss 181, 182 liefert. Die Operation des Wandlerblocks 17 wird mit Hilfe des Controllers 200 gesteuert.
  • Der Controller 200 und der Wandlerblock 17 sind durch die schematisch dargestellte Controllerschnittstelle 1020 operativ miteinander verbunden. Mit Hilfe der Controllerschnittstelle 1020 liefert der Controller 200 mindestens ein Steuersignal an den Wandlerblock 17 und empfängt mindestens ein Messsignal von dem Wandlerblock 17. Der Wandlerblock 17 umfasst beispielsweise mindestens ein nicht dargestelltes Schaltelement, und das mindestens eine Steuersignal kann ein Steuersignal zum Steuern der Operation des mindestens einen Schaltelements sein. Das von dem Wandlerblock 17 an den Controller 200 gelieferte mindestens eine Messsignal kann beispielsweise ein Stromerfassungssignal oder ein Spannungserfassungssignal sein.
  • Der Wandlerblock 17 kann eine DC/DC-Wandlertopologie aufweisen, die geeignet ist zum Umwandeln des über die Anschlüsse 161, 162 empfangenen DC-Zwischenspannungssignals Vin' in das DC-Ausgangssignal Vout am DC-Ausgangsanschluss 181, 182. Verschiedene Topologien und Steueralgorithmen sind dem Fachmann bekannt, und die vorliegende Patentschrift ist weder auf eine spezifische Art einer DC/DC-Wandlertopologie noch auf einen spezifischen Steueralgorithmus beschränkt. Zu nicht beschränkenden Beispielen zählen eine Sperrwandlertopologie, eine Tiefsetzwandlertopologie, eine Hochsetzwandlertopologie, eine Resonanzwandlertopologie, galvanisch getrennte Topologien, nicht-galvanisch getrennte Topologien und so weiter. Das DC-Ausgangssignal, z.B. die Ausgangsspannung Vout, kann weiterhin durch einen oder mehrere DC/DC-Wandler geliefert werden.
  • Zudem sei darauf hingewiesen, dass der Wandler 100 der Leistungswandlervorrichtung 300 ein AC/DC-Wandler ist. Beispielsweise umfasst bei einer anderen Ausführungsform der AC/DC-Wandler 100 nicht den Diodengleichrichter 13, aber das AC-Eingangssignal Vin wird direkt an den Wandlerbloch 17 geliefert, der somit dann eine AC/DC-Wandlertopologie aufweist, die geeignet ist für das Umwandeln des über die Anschlüsse 161, 162 empfangenen AC-Eingangssignals Vin (oder eines anderen von dem AC-Eingangssignal Vin abgeleiteten AC-Signals) in das DC-Ausgangssignal Vout am DC-Ausgangsanschluss 181, 182. Außerdem sind in dieser Hinsicht verschiedene AC/DC-Wandlertopologie und entsprechende Steueralgorithmen dem Fachmann bekannt, und auch diese Ausführungsform ist weder auf eine spezifische Art einer AC/DC-Wandlertopologie noch auf eine spezifische Art von Steueralgorithmus beschränkt. Zu nicht-beschränkenden Beispielen zählen eine Doppel-Hochsetztopologie, eine brückenlose Totem-Pole-Topologie, eine aktive Brückentopologie und so weiter.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der AC/DC-Wandler 100 eine erste DC-Entladungsschaltung 12, 15, an die AC-Eingangsanschlüsse 101, 102 gekoppelt. Der Zweck dieser ersten DC-Entladungsschaltung 12, 15 besteht in der Möglichkeit zum Entladen einer eventuell geladenen X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 bei einem bestimmten Ereignis. Diese X-Kapazität kann beispielsweise zwischen der Leitung L und dem neutralen N des AC/DC-Wandlers 100 ausgebildet sein. Beispielsweise wird die X-Kapazität durch die nicht dargestellte Gesamtkapazität zwischen den Eingangsanschlüssen 101 und 102 gebildet.
  • Falls beispielsweise die Verbindung des AC-Eingangssignals Vin mit dem AC/DC-Wandler 100 unterbrochen wird, z.B. weil ein Benutzer den AC/DC-Wandler 100 von dem Netz trennt oder wegen eines anderen Ereignisses, das die Unterbrechung der Verbindung bewirkt, z.B. ein Leitungsbruch, kann eine Restspannung durch eine nicht gezeigte Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 gespeichert werden, wobei die Kapazität auch als der X-Kondensator beziehungsweise die X-Kapazität bekannt ist. Beispielsweise ist die X-Kapazität die Gesamtkapazität des die DC-Energie speichernden AC/DC-Wandlers 100 nach einem Verlust des AC-Eingangssignals Vin . Eine derartige X-Kapazität muss möglicherweise schnell und auf gesteuerte Weise entladen werden.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die erste DC-Entladungsschaltung 12, 15 einen Diodenpfad 12 mit zwei das AC-Eingangssignal Vin empfangenden anti-seriell verbundenen Dioden 121, 122 und einen Entladungswiderstand 15, wobei der Entladungswiderstand 15 Kathodenports der anti-seriell geschalteten Dioden 121, 122 (z.B. an den Koppelanschluss 123) mit einer zweiten DC-Entladungsschaltung 28 des Controller 200 (z.B. an Pin 215) koppelt. Der Anodenport der Diode 121 kann elektrisch mit dem ersten Eingangsanschluss 101 verbunden sein, und der Anodenport der Diode 122 kann elektrisch mit dem zweiten Eingangsanschluss 102 verbunden sein.
  • Somit kann die erste DC-Entladungsschaltung 12, 15 ein passiver Pfadabschnitt sein, der selbst nicht gesteuert wird und der insbesondere keinen Strom leitet, falls sich die zweite DC-Entladungsschaltung 28 nicht in einem leitenden Zustand befindet, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung 20 weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann unter ausschließlicher Betrachtung des AC/DC-Wandlers 100 die erste DC-Entladungsschaltung 12, 15 bezüglich der Eingangsanschlüsse 101, 102 elektrisch trennend sein. Sie kann teilweise elektrisch leitend sein, falls die zweite DC-Entladungsschaltung 28 in einen leitenden Zustand versetzt wird, was weiter unten ausführlicher erörtert werden wird.
  • Wie oben angegeben, umfasst der Controller 200 die zweite DC-Entladungsschaltung 28. Die zweite DC-Entladungsschaltung besitzt ein steuerbares Schaltelement 283 zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung 28 ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung 12, 15, falls die zweite DC-Entladungsschaltung 28 eingeschaltet ist.
  • Die zweite DC-Entladungsschaltung 28 kann einen Entladungswiderstand 285 umfassen. Weiterhin kann die zweite DC-Entladungsschaltung 28 mit Masse/Erde 14 verbunden sein, z.B. mit der gleichen Masse/Erde wie der Anschluss 162 des AC/DC-Wandlers 100.
  • Das Schaltelement 283 kann beispielsweise ein Leistungshalbleitertransistor wie etwa ein MOSFET oder eine Ableitung davon sein. Falls sich beispielsweise das Schaltelement 283 in dem Ein-Zustand befindet (d.h. im leitenden Zustand), befindet sich die zweite DC-Entladungsschaltung 28 in dem Ein-Zustand. Falls sich das Schaltelement 283 in dem Aus-Zustand befindet (d.h. dem Blockierzustand), befindet sich die zweite DC-Entladungsschaltung 28 in dem Aus-Zustand (d.h. dem nicht-leitenden Zustand).
  • Der Controller 200 umfasst beispielsweise den Pin 215, der ein einzelner Pin sein kann, und eine serielle Verbindung zwischen dem Schaltelement 283 und dem Entladungswiderstand 285 ist mit Hilfe des Pins 215 seriell mit dem Widerstand 15 der ersten DC-Entladungsschaltung des AC/DC-Wandlers 100 verbunden. Beispielsweise sorgt der einzelne Pin 215 für die serielle Verbindung zwischen der ersten DC-Entladungsschaltung 12, 15 des AC/DC-Wandlers 100 und der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 des Controllers 200.
  • Bei einer Ausführungsform bilden die erste DC-Entladungsschaltung 12, 15 des AC/DC-Wandlers 100 und die zweite DC-Entladungsschaltung 28 des Controllers 200 zusammen eine steuerbare DC-Entladungsschaltung der Leistungswandlervorrichtung 300 zum Entladen der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100.
  • Bei einer Ausführungsform ist die zweite DC-Entladungsschaltung 28 des Controllers 200 mindestens ein Teil eines Stromversorgungspfads des Controllers 200. Beispielsweise empfängt der Controller 200 seine Stromversorgung über Pins 217 (mit Erde/Masse 14 verbunden) und 216, wobei ein Kondensator 19 zwischen diese beiden Pins 216, 217 gekoppelt ist. Weiterhin kann eine z.B. in den Controller 200 integrierte Diode 282 an den Pin 216 gekoppelt sein, z.B. zusammen mit einem nicht dargestellten Verarmungsleistungshalbleitertransistor. Wenn sich der AC/DC-Wandler 100 in einem durch den Controller 200 gesteuerten Betrieb befindet, kann ein weiterer Stromversorgungspfad von dem AC/DC-Wandler 100 zu dem Controller 200 den Controller 200 versorgen und der Verarmungsleistungstransistor kann ausgeschaltet werden. In diesem Fall wird der dargestellte Stromversorgungspfad nur für das Hochfahren des Controllers 200 verwendet.
  • Der Controller 200 umfasst eine Logik, beispielsweise mit mindestens Komponenten 23, 24 und 25, von denen Ausführungsbeispiele weiter unten beschrieben werden.
  • Die Logik des Controllers 200 ist ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens zum Steuern einer Entladung der X-Kapazität des AC/DC 100 durch Steuern des Schaltelements 283, somit durch Steuern der DC-Entladungsschaltung, die durch die erste DC-Entladungsschaltung 12, 15 des AC/DC-Wandlers 100 und die zweite DC-Entladungsschaltung 28 des Controllers 200 gebildet wird. Ausführungsformen dieses Verfahrens werden weiter unten beschrieben.
  • Vor dem Beschreiben des Verfahrens zum Steuern einer Entladung der X-Kapazität, z.B. durch die Logik des Controllers 200 ausgeführt, sei angemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform sowohl die das Verfahren zum Steuern einer Entladung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 ausführende Logik 23, 24, 25 als auch die zweite DC-Entladungsschaltung 28 in die gleiche integrierte Einzelchip-Schaltung (IC) integriert sind. Beispielsweise ist der sowohl die Logik 23, 24, 25 als auch die zweite DC-Entladungsschaltung 28 enthaltende Controller 200 mit einem Einzelchip-IC umgesetzt, der innerhalb eines nicht gezeigten Chip-Package integriert ist. Das Package kann Pins 215, 216 und 217 enthalten sowie mindestens einen weiteren Pin zum Ausbilden der Controllerschnittstelle 1020.
  • Das Verfahren zum Steuern einer Entladung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100, z.B. durch die Logik des Controllers 200 ausgeführt, umfasst das wiederholte Ausführen der folgenden Schritte:
    • - Empfangen eines DC-Erfassungssignals 281 von der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 und Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals 281 innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals Vin ;
    • - als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals Vin , Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28;
    • - nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28, Bestimmen des Werts des DC-Erfassungssignals 281, und falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28, oder falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium erreicht ist.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Controller 200 ausgebildet zum Einhalten der Richtlinien der Sicherheitsnorm IEC62368-1 bezüglich einer Entladung der X-Kapazität.
  • Weitere optionale Merkmale dieser Schritte werden nun erläutert.
  • Beispielsweise ist die zweite DC-Entladungsschaltung 28 ausgebildet zum Liefern des DC-Erfassungssignals 281 und zum mindestens teilweisen Entladen der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100. Bei einer Ausführungsform ist der Entladungswiderstand 15 der ersten DC-Entladungsschaltung des AC/DC-Wandlers 100 (bezüglich des ohmschen Werts) größer als der Entladungswiderstand 285 der zweiten DC-Entladungsschaltung 28, um sicherzustellen, dass der überwiegende Anteil der Entladungsleistung außerhalb des Controllers 200 während der Entladung abgeleitet wird.
  • Bezüglich einer Erzeugung des DC-Erfassungssignals 281 mit Hilfe der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 werden hier zwei nicht-beschränkende Varianten vorgelegt, die ebenfalls gleichzeitig umgesetzt werden können.
  • Gemäß der ersten Variante umfasst die zweite Entladungsschaltung 28 den Entladungswiderstand 285, wobei das DC-Erfassungssignal 281 ein am Entladungswiderstand 285 auftretendes Spannungssignal ist, z.B. während des Ein-Zustands der zweiten DC-Entladungsschaltung 28. Beispielsweise wird zum Empfangen des DC-Erfassungssignals 261 während der Messzeitperiode das Schaltelement 283 kurz eingeschaltet, z.B. für einige µs, z.B. für 30 bis 100 µs.
  • Gemäß der zweiten Variante umfasst die zweite Entladungsschaltung 28 einen resistiven Messteilpfad 286 (siehe gepunkteter Block in 1 und 2), wobei das DC-Erfassungssignal 281 ein an einem Messpunkt 2863 des resistiven Messteilpfads 286 auftretendes Spannungssignal ist, z.B. während des Aus-Zustands der zweiten DC-Entladungsschaltung 28.
  • Beide der oben erwähnten Varianten können gleichzeitig umgesetzt werden.
  • Das Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals 281 innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals Vin kann das Bestimmen umfassen, dass eine Entladung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 erforderlich ist. Wie aus der Beschreibung weiter unten offensichtlicher werden wird, kann diese Bestimmung beispielsweise das Bestimmen beinhalten, dass der Wert des DC-Erfassungssignals während der vorbestimmten Messzeitperiode konstant über einem Schwellwert liegt.
  • Z.B. beinhaltet das Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals 281, des Verlusts des AC-Eingangssignals Vin , das Ausschließen, dass das AC-Eingangssignal Vin verloren gegangen ist, falls der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode entweder zunimmt oder abnimmt. Eine derartige Zunahme oder Abnahme kann vielmehr die Anwesenheit eines AC-Signals anzeigen. Z.B. kann bestimmt werden, dass das DC-Signal innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode dazwischen variiert, größer zu sein und unter dem Schwellwert zu liegen, was unten ausführlicher erläutert wird.
  • Z.B. beinhaltet das Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals 281, des Verlusts des AC-Eingangssignals Vin , weiterhin das Folgern, dass das AC-Eingangssignal Vin verloren wurde, falls der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode konstant ist. In dieser Hinsicht bedeutet der Ausdruck „konstant“ nicht notwendigerweise, dass sich der Wert selbst nicht ändert, sondern dass beispielsweise das DC-Erfassungssignal 261 während der vorbestimmten Messzeitperiode konstant über dem Schwellwert liegt.
  • Nachdem der Verlust des AC-Eingangssignals Vin (was z.B. eine Entladung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 erfordert) bestimmt worden ist, wird die zweite DC-Entladungsschaltung 28 z.B. durch Einschalten des Schaltelements 283 eingeschaltet. Beispielsweise erfolgt das Einschalten des Schaltelements 283, unmittelbar nachdem die Bestimmung ohne Zeitverlust vorgenommen worden ist.
  • Nach dem Einschalten wird das Schaltelement 283 dann für während mindestens der vorbestimmten Entladungszeitperiode im Ein-Zustand gehalten. An dem Zeitpunkt, wenn diese vorbestimmte Entladungszeitperiode verstrichen ist, wird der Wert des DC-Erfassungssignals 281 wieder bestimmt. Falls der Wert im Vergleich zu dem innerhalb der Messzeitperiode bestimmten Wert nicht abgenommen hat, z.B. im Vergleich zu dem letzten Messwert in der vorbestimmten Messzeitperiode, wird die zweite DC-Entladungsschaltung 28 ausgeschaltet, was das Entladen unterbricht.
  • Falls jedoch der Wert im Vergleich zu dem innerhalb der Messzeitperiode bestimmten Wert abgenommen hat, z.B. im Vergleich mit dem letzten Messwert in der vorbestimmten Messzeitperiode, wird die zweite DC-Entladungsschaltung 28 in dem Ein-Zustand gehalten, bis das vorbestimmte Kriterium erreicht ist.
  • Beispielsweise ist das vorbestimmte Kriterium erreicht, falls bestimmt wird, dass der Wert des DC-Erfassungssignals 281 unter dem Schwellwert liegt. Dies kann beispielsweise anzeigen, dass die Spannung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers innerhalb eines sicheren Bereichs liegt, z.B. niedrig genug, um einen Neustart der Leistungwandlervorrichtung 300 oder eine andere Reaktionshandlung auszuführen, die erforderlich ist, um den Verlust des AC-Eingangssignals Vin zu behandeln.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Logik 23, 24, 25 des Controllers 200 ausgebildet zum wiederholten Ausführen der Schritte bei einer Entladungssteuerfrequenz innerhalb des Bereichs von 1 Hz bis 400 Hz. Es sei jedoch angemerkt, dass diese Entladungssteuerfrequenz/-periode nicht notwendigerweise konstant ist, abhängig von Bestimmungen, die während des Ausführens des Verfahrens vorgenommen werden, z.B. welche Art von Regelkreis effektiv ist (siehe Beschreibung von 3 unten).
  • Die vorbestimmte Entladungszeitperiode liegt beispielsweise innerhalb des Bereichs von 100 µs bis 2 s, z.B. innerhalb des Bereichs von mindestens einigen 10 ms.
  • Bei einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Entladungszeitperiode auf Basis eines oder mehrerer der folgenden Parameter eingestellt:
    • - der Wert der X-Kapazität;
    • - der Widerstandswert des Widerstands 15;
    • - der Widerstandswert des Widerstands 285; und/oder
    • - der Wert des AC-Eingangssignals Vin (z.B. seines Effektivwerts).
  • Die vorbestimmte Messzeitperiode liegt beispielsweise innerhalb des Bereichs von 2,5 ms bis 1 s.
  • Falls gemäß einer weiteren Ausführungsform nach dem Verstreichen der vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 bestimmt wird, dass der Wert des DC-Erfassungssignals nicht abgenommen hat und folglich die zweite DC-Entladungsschaltung 28 ausgeschaltet wird, wartet die Logik 23, 24, 25 während einer vorbestimmten Pausenzeitperiode vor dem Ausführen des nachfolgenden Bestimmungsschritts auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals 281 dahingehend, ob ein Verlust des AC-Eingangssignals Vin vorliegt.
  • Die vorbestimmte Pausenzeitperiode liegt beispielsweise innerhalb des Bereichs von 100 µs bis 2 s.
  • Um beispielhafte Aspekte des durch die Logik 23, 24, 25 des Controllers 200 ausgeführten Verfahrens zu verdeutlichen, wird nun auf das in 3 schematisch dargestellte beispielhafte Flussdiagramm und danach auf die Darstellungen in 4A-C Bezug genommen.
  • Beispielsweise wird in Schritt 401 von Verfahren 400 (wie z.B. durch den Controller 200 ausgeführt) die zweite DC-Entladungsschaltung 28 des Controllers 200 ausgeschaltet beziehungsweise in dem Aus-Zustand gehalten durch Ausschalten des Schaltelements 283 beziehungsweise Halten des Aus-Zustands des Schaltelements 283. Dies bewirkt eine Unterbrechung des Entladens der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 oder behält sie bei.
  • Bevor in den Schritten 402 und 403 ein Vorliegen beziehungsweise ein Verlust des AC-Eingangssignals Vin bestimmt wird, wartet die Logik auf das Verstreichen der vorbestimmten Pausenzeitperiode von z.B. 100 µs bis 2 s.
  • In Schritt 402 wird das DC-Erfassungssignal 281 von der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 empfangen und sein Wert wird während der vorbestimmten Messzeitperiode kontinuierlich oder nicht kontinuierlich erfasst, um in Schritt 403 zu bestimmen, ob ein Verlust des AC-Eingangssignals Vin vorliegt.
  • Falls bestimmt wird, das kein Verlust des AC-Eingangssignals Vin vorliegt („AC detektiert = JA (J)“) kehrt der Controller 200 zu Schritt 401 zurück. Im normalen Arbeitszustand des AC/DC-Wandlers 100, wenn kein Verlust des AC-Eingangssignals Vin vorliegt, ist sonst die Entladungssteuerfrequenz im Wesentlichen der Kehrwert der Summe aus der vorbestimmten Pausenzeitperiode und der vorbestimmten Messzeitperiode.
  • Falls jedoch in Schritt 403 bestimmt wird, dass ein Verlust des AC-Eingangssignals Vin (was z.B. eine Entladung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 erfordert) vorliegt („AC detektiert = NEIN (N)“), geht der Controller 200 mit Schritt 404 weiter, gemäß dem die zweite DC-Entladungsschaltung 28 als Reaktion auf das Bestimmen des Verlusts des AC-Eingangssignals Vin eingeschaltet wird. Wie oben dargestellt, erfolgt dies durch Einschalten des Schaltelements 283, was die ganze DC-Entladungsschaltung einschaltet, die durch die erste DC-Entladung 12, 15 des AC/DC-Wandlers 100 und die zweite DC-Entladungsschaltung 28 des Controllers 200 gebildet wird.
  • Das Schaltelement 283 wird während der vorbestimmten Entladungszeitperiode in dem Ein-Zustand gehalten. Nach dem Verstreichen dieser wird der Wert des DC-Erfassungssignals 281 wieder bestimmt (Schritt 405) und mit dem (z.B. letzten) während der vorbestimmten Messzeitperiode erhaltenen Wert verglichen (Schritt 406).
  • Falls der Wert nicht abgenommen hat („Spannung abgenommen während der Entladung = Nein (N)“), kehrt der Controller 200 zu Schritt 401 zurück durch Ausschalten des Schaltelements 283, wodurch der Entladungsprozess unterbrochen wird.
  • Falls der Wert abgenommen hat („Spannung abgenommen während der Entladung = Ja (J)“), hält der Controller 200 das Schaltelement 283 in dem Ein-Zustand und prüft ständig, ob der Wert des DC-Erfassungssignals 281 unter den Schwellwert abgefallen ist (siehe Schritt 407 „Spannung auf sicherem Niveau?“).
  • Falls der Wert des DC-Erfassungssignals 281 immer noch über dem Schwellwert liegt („Spannung auf sicherem Pegel? = Nein (N)“), kehrt der Controller 200 zu Schritt 404 zurück, d.h. durch Halten des Schaltelements 283 in dem Ein-Zustand, Verstreichenlassen der vorbestimmten Entladungszeit und erneutes Durchführen der Prüfungen in den Schritten 406 und 407. 4A zeigt - im Gegensatz zu 3 - an, dass es ein Abschalten des Schaltelements 283 gibt. Ein derartiges Abschalten kann je nach der Weise angebracht oder nicht angebracht sein, wie das DC-Erfassungssignal 281 generiert wird. Falls z.B. das DC-Erfassungssignal 281 durch den Teilpfad 286 generiert wird, kann das Abschalten angebracht sein.
  • Falls der Wert des DC-Erfassungssignals 281 unter den Schwellwert abgefallen ist („Spannung auf sicherem Pegel? = Ja (J)“), kann der Controller 200 mit Schritt 408 fortfahren, z.B. durch Initiieren eines Neustarts der Leistungswandlervorrichtung 300 und Antworten auf den Verlust des AC-Eingangssignals Vin auf andere Weise. Nachdem die Leistungswandlervorrichtung 300 erneut gestartet ist und bei normaler Arbeitsbedingung arbeitet, führt der Controller 200 das Verfahren 400 ständig gemäß einer Ausführungsform aus.
  • Beispielhafte Aspekte zum Umsetzen der Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens 400 innerhalb des Controllers 200 werden nun unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
  • Wie bereits oben angedeutet, kann zum Ausführen des Verfahrens zum Steuern einer Entladung des AC/DC-Wandlers 100 der Controller 200 die Logik mit den Logikblöcken 23, 24 und 25 umfassen.
  • Der Logikblock 23 kann ein Detektor, der Logikblock 24 ein Srchaltercontroller und der Logikblock 25 ein Zeitsteuercontroller sein.
  • Beispielsweise ist der Detektor 23 ausgebildet zum Ausgeben eines Detektionssignals 231, wobei das Detektionssignal 231 anzeigt, ob der Wert des DC-Erfassungssignals 281 innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode entweder
    • - konstant über dem Schwellwert; oder
    • - konstant unter dem Schwellwert; oder
    • - über und unter dem Schwellwert liegt.
  • Beispielsweise wird der Schwellwert durch den Srchaltercontroller 24 eingestellt und von selbigem als ein digitales Signal 242 an einen Digital-Analog-Wandler (DAW) 26 ausgegeben, der das digitale Signal 242 in das analoge Signal 261 umwandelt. Das analoge Signal 261 und das DC-Erfassungssignal 281 werden an den Vergleicher 22 geliefert, der ein Vergleichssignal 221 an den Detektor 23 ausgibt. Beispielsweise ist das Vergleichssignal 221 ein binäres Signal, wobei ein erster Wert (z.B. logische 1/H anzeigt), dass das DC-Erfassungssignal 281 über dem Schwellwert 261 liegt, ein zweiter Wert (z.B. logische O/L) anzeigt, dass das DC-Erfassungssignal 281 unter dem Schwellwert 261 liegt.
  • Beispielsweise zeigt der Zeitsteuercontroller 25 mit Hilfe eines ersten Zeitsteuersignals 251 dem Detektor 23 mindestens eine der vorbestimmten Messzeitperiode und der vorbestimmten Pausenzeitperiode an. Somit kann der Detektor 23 auf Basis seiner Eingangssignale 221 und 251 bestimmen, ob der Wert des DC-Erfassungssignals 281 innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode entweder
    • - konstant über dem Schwellwert; oder
    • - konstant unter dem Schwellwert; oder
    • - über und unter dem Schwellwert liegt,
    und das Detektionssignal 231 entsprechend ausgeben.
  • Falls beispielsweise der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode ständig über dem Schwellwert liegt, kann dies anzeigen, dass das AC-Eingangssignal Vin verloren wurde und dass der entsprechende Entladungsprozess zum Entladen der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 200 initiiert werden soll.
  • Falls der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode ständig unter dem Schwellwert liegt, kann dies anzeigen, dass das AC-Eingangssignal Vin nicht vorliegt und dass ein Entladungsprozess zum Entladen der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 200 nicht notwendig ist.
  • Falls der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode unter und über dem Schwellwert liegt, kann dies anzeigen, dass das AC-Eingangssignal Vin vorliegt und somit ein Entladungsprozess zum Entladen der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 200 nicht notwendig ist.
  • Der Schaltercontroller 24 empfängt das Detektionssignal 231 und ist ausgebildet zum Generieren, auf Basis des Detektionssignals 231, eines Schaltersteuersignals 241 zum Steuern des Schaltelements 283. Das Schaltersteuersignal 241 kann beispielsweise ein Gatesignal sein, dass gemäß einer Ausführungsform durch einen Treiber 27 verstärkt werden kann, bevor es (als verstärktes Gatesignal 241') dem Schaltelement 283 zugeführt wird, z.B. einem Gateanschluss des Schaltelements 283. Beispielsweise arbeitet der Schaltercontroller 24 nicht nur auf Basis des Detektionssignals 231, sondern auch auf Basis eines zweiten Zeitsteuersignals 252, das durch den Zeitsteuercontroller 25 geliefert wird. Der Zeitsteuercontroller 25 zeigt z.B. mit Hilfe des zweiten Zeitsteuersignals 252 dem Schaltercontroller 24 mindestens die vorbestimmte Entladungszeitperiode an.
  • Somit kann der Zeitsteuercontroller 25 ausgebildet sein zum Steuern der Operation mindestens des Schaltercontrollers 24 auf Basis der vorbestimmten Entladungszeitperiode .
  • Es versteht sich, dass gemäß der in 1 schematisch und beispielhaft dargestellten Ausführungsform auch die Komponententreiber 27, DAW 26 und Vergleicher 22 in den gleichen Einzelchip-IC integriert sein können wie die zweite DC-Entladungsschaltung 28 und die Logikkomponenten 23, 24 und 25. Das Gleiche gilt für den Messteilpfad 286.
  • Eine weitere Option zum Umsetzen der Logik des Controllers 200, der das Verfahren zum Steuern einer Entladung der X-Kapazität des AC/DC-Wandlers 100 ausführt, ist in 2 schematisch und beispielhaft dargestellt. Die meisten der dort dargestellten Komponenten sind gleichermaßen in der Ausführungsform gemäß 1 umgesetzt; was zuvor festgestellt worden ist, kann somit gleichermaßen für die Ausführungsform von 2 gelten. Nachfolgend werden nur die mit der Ausführungsform von 1 verglichenen Unterschiede erläutert.
  • Beispielsweise wird das DC-Erfassungssignal 281 z.B. mit Hilfe eines entsprechenden Analog-Digital-Wandlers (ADW) 275 in ein digitales DC-Erfassungssignal 222 umgewandelt. Beispielsweise wird in diesem Fall der Vergleich mit dem Schwellwert durch den Detektor 23 ausgeführt. Beispielsweise wird der Schwellwert in dem Detektor 23 gespeichert. Somit muss der Schaltercontroller 24 nicht notwendigerweise das digitale Signal 242 liefern, im Vergleich zu der Ausführungsform von 1. Weiterhin kann der Zeitsteuercontroller 25 die Operation des ADW 275 auf Basis des weiteren Zeitsteuersignals 250 steuern, das beispielsweise eine A/D-Umwandlung auslösen kann.
  • Ebenfalls unter Bezugnahme auf 2 ist zu verstehen, dass der ADW 275 mit dem gleichen Einzelchip-IC wie die übrigen Komponenten des Controllers 200 integriert sein kann.
  • Die 4A-C veranschaulichen drei Varianten des Umsetzens des Verfahrens 400, wie in 3 dargestellt, z.B. mit Hilfe des Controllers 1 von 1 oder von 2. In jeder dieser 4A-C veranschaulicht die obere grafische Darstellung das DC-Erfassungssignal 261, der mittlere Abschnitt zeigt das Detektionsergebnis, z.B. das Detektionssignal 231, und die untere grafische Darstellung zeigt den Zustand (Ein oder Aus) der zweiten DC-Entladungsschaltung 28, d.h. den Zustand des Schaltelements 283.
  • In 4 ist innerhalb jeder der ersten drei nachfolgenden vorbestimmten Messzeitperioden TM das DC-Erfassungssignal 261 niedrig und über dem Schwellwert. Das Detektionssignal 231 zeigt dementsprechend an, dass das AC-Eingangssignal Vin nicht verloren geht, sondern vorliegt (siehe Schritt 403). Somit wird nach der Bestimmung, dass das AC-Eingangssignal Vin vorliegt, die zweite DC-Entladungsschaltung 28 nicht eingeschaltet, aber das Schaltelement 283 bleibt in dem Aus-Zustand (siehe Schritt 401). In der vierten Messzeitperiode jedoch wird bestimmt, dass das AC-Eingangssignal Vin verloren gegangen ist und dass der entsprechende Entladungsprozess initiiert werden soll. Dementsprechend wird das Schaltelement 283 eingeschaltet (siehe Schritt 404) und mindestens während der vorbestimmten Entladungszeitperiode TD in dem Ein-Zustand gehalten. Nach dem ersten Verstreichen der vorbestimmten Entladungszeitperiode ist der Wert des DC-Erfassungssignals 261 immer noch über dem Schwellwert (siehe Schritt 407), und somit wird das Schaltelement wieder eingeschaltet beziehungsweise in dem Ein-Zustand gehalten (siehe Schritt 404). Wie oben angegeben, falls das DC-Erfassungssignal 261 mit Hilfe des Teilpfads 286 generiert wird, kann ein (kurzes) Ausschalten des Schaltelements 283 angebracht sein. Nach dem zweiten Entladungsprozess wird bestimmt, dass der Wert des DC-Erfassungssignals 261 ausreichend abgenommen hat und danach Handlungen zum entsprechenden Antworten auf den Verlust des AC-Eingangssignals ausgeführt werden können (siehe Schritt 408).
  • 4B veranschaulicht eine andere Situation. Hier wird der Verlust des AC-Eingangssignals Vin in dem zweiten Zyklus bestimmt. In dem dritten Zyklus jedoch wird, sogar nachdem die zweite DC-Entladungsschaltung 28 eingeschaltet worden ist, bestimmt, dass der Wert des DC-Erfassungssignals 261 nicht abgenommen hat (siehe Schritt 406). Somit wird die zweite DC-Entladungsschaltung 28 ausgeschaltet (siehe Schritt 401) und das Verstreichen der vorbestimmten Pausenzeitperiode TB wird gestattet, bevor weitere Handlungen ausgeführt werden. Danach wiederholt sich das Gleiche (der Verlust des AC-Eingangssignals Vin wird bestimmt und im nächsten Zyklus wird, sogar nachdem die zweite DC-Entladungsschaltung 28 eingeschaltet worden ist, bestimmt, dass der Wert des DC-Erfassungssignals 261 nicht abgenommen hat). Diese Folge von Schritten wird wiederholt, bis bestimmt wird, dass das DC-Erfassungssignal 261 einen Wert unter dem Schwellwert besitzt (siehe Schritt 407). Die Situation, wie in 4B dargestellt, kann so angesehen werden, dass sie einer Detektion entspricht, dass ein DC-Eingangssignal an den Ausgangsanschlüssen 101, 102 anstatt das AC-Eingangssignal Vin vorliegt.
  • Noch eine andere Situation ist in 4C dargestellt, die im Vergleich zu der Situation von 4B identisch beginnt. Aber in dem Regelkreis, der gestartet hat, nachdem bestimmt worden ist, dass der Wert des DC-Erfassungssignals 261 nicht abgenommen hat (siehe Schritt 406) und nach dem Verstreichen der vorbestimmten Pausenzeitperiode TB und der nachfolgenden Bestimmung, dass das AC-Eingangssignal Vin (immer noch) verloren ist, wird das Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung 28 wieder initiiert und es wird bestimmt, bereits vor dem Verstreichen der vorbestimmten Entladungszeitperiode, dass das DC-Erfassungssignal 261 einen Wert unter dem Schwellwert besitzt, so dass auf den AC-Eingangsverlust reagiert werden kann (siehe Schritt 408).
  • Es wird hier, wie in der Einleitung beschrieben, jeder eines Controllers für einen AC/DC-Wandler, einer Wandlervorrichtung mit einem AC/DC-Wandler und eines daran gekoppelten Controllers und ein Verfahren zum Steuern einer Entladung eines AC/DC-Wandlers vorgelegt.
  • Es versteht sich, dass die Ausführungsformen jeder dieser Aspekte (Controller, Wandlervorrichtung und Verfahren) einander entsprechen. Was oben bezüglich des Controllers festgestellt worden ist, kann somit analog für die Vorrichtung und das Verfahren gelten, und was oben bezüglich der Vorrichtung festgestellt worden ist, kann analog sowohl für den Controller als auch für das Verfahren gelten, und was oben bezüglich des Verfahrens festgestellt worden ist, kann analog sowohl für den Controller als auch die Vorrichtung gelten.
  • Bezüglich aller Ausführungsformen ist zu verstehen, dass die oben erwähnten Parameter, beispielsweise die vorbestimmte Entladungszeitperiode, die vorbestimmte Messzeitperiode, die vorbestimmte Pausenzeitperiode und der Schwellwert, z.B. in Abhängigkeit von der Anwendung, wo die Leistungswandlervorrichtung 300 eingesetzt wird, adaptiv verstellt werden können. Beispielsweise wird bei einer Ausführungsform, wie oben angegeben, das AC-Eingangssignal Vin durch das Netz geliefert. Somit kann das AC-Eingangssignal Vin eine Wechselspannung sein, z.B. 120 V/60 Hz-Spannung oder die 230 V/50 Hz-Spannung. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird das AC-Eingangssignal Vin durch einen UPS (Uninterruptible Power Supply - unterbrechungsfreie Stromversorgung) geliefert, wo das AC-Eingangssignal Vin vielmehr einer Rechteckwelle als einer Sinuswelle ähneln kann. Beispielsweise können jede der vorbestimmten Entladungszeitperiode, der vorbestimmten Messzeitperiode, der vorbestimmten Pausenzeitperiode und des Schwellwerts an das Netz/die UPS-Spannung angepasst sein. Weiterhin kann der Schwellwert adaptiv so verstellt werden, dass eine zuverlässige Detektion des Verlusts des AC/DC-Wandlers Vin gestattet wird.
  • Die Messzeitperiode kann beispielsweise an das AC-Eingangssignal beispielsweise bezüglich der AC-Leitungfrequenz und -phase angepasst sein. Die Entladungszeitperiode kann ebenfalls an das AC-Eingangssignal angepasst sein, z.B. an die effektive AC-Leitungsspannung und/oder an die gesamte X-Kapazität und den gesamten Entladungswiderstandswert der Widerstände 15, 285. Die Pausenzeitperiode kann ebenfalls an das AC-Eingangssignal angepasst sein, z.B. an die AC-Leitungsspannung und/oder an die Nennleistung der Komponenten der Entladungsschaltungen 12, 53, 28.
  • Räumlich relative Ausdrücke wie etwa „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „darüber“ und dergleichen werden zur leichteren Beschreiben verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläuten. Diese Ausdrücke sollen verschiedene Orientierungen der jeweiligen Einrichtung zusätzlich zu anderen Orientierungen als jenen in den Figuren beschriebenen einschließen Weiterhin werden Ausdrücke wie etwa „erster“, „zweiter“ und dergleichen ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Abschnitte und so weiter zu beschreiben, und sind ebenfalls nicht als beschränkend gedacht. Gleiche Ausdrücke beziehen sich in der ganzen 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, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen.
  • Angesichts des obigen Bereichs an Variationen und Anwendungen ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die obige Beschreibung beschränkt wird noch durch die beiliegenden Zeichnungen beschränkt wird. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und ihre legalen Äquivalente beschränkt.

Claims (19)

  1. Controller (200) für einen AC/DC-Wandler (100), wobei der AC/DC-Wandler (100) ausgebildet ist zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse (101, 102), eines AC-Eingangssignals (Vin) und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals (Vin) in ein DC-Ausgangssignal (Vout), wobei der AC/DC-Wandler (100) eine erste DC-Entladungsschaltung (12, 15) umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse (101, 102) gekoppelt ist, wobei der Controller (200) umfasst - eine zweite DC-Entladungsschaltung (28) mit einem steuerbaren Schaltelement (283) zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung (12, 15); - eine Logik (23, 24, 25), die ausgebildet ist zum wiederholten Ausführen der folgenden Schritte: - Empfangen eines DC-Erfassungssignals (281) von der zweiten DC-Entladungsschaltung (28) und Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals (281) innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals (Vin); - als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals (Vin), Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28); - nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), Bestimmen des Werts des DC-Erfassungssignals (281), und falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), oder falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28) in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium erreicht ist.
  2. Controller (200) nach Anspruch 1, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) ausgebildet ist zum Liefern des DC-Erfassungssignals (281) und mindestens teilweisen Entladen eines Kondensators des AC/DC-Wandlers (100).
  3. Controller (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Logik (23, 24, 25) ausgebildet ist zum wiederholten Ausführen der Schritte mit einer Entladungssteuerfrequenz in dem Bereich von 1 Hz bis 400 Hz.
  4. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Entladungszeitperiode innerhalb des Bereichs von 100 µs bis 2 s liegt.
  5. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Messzeitperiode innerhalb des Bereichs von 2,5 ms bis 1 s liegt.
  6. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Entladungszeitperiode auf Basis eines oder mehrerer der folgenden Parameter eingestellt wird: - dem Wert der X-Kapazität; - dem Widerstandswert des Widerstands 15; - dem Widerstandswert des Widerstands 285; und/oder - dem Wert des AC-Eingangssignals Vin.
  7. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Logik (23, 24, 25) ausgebildet ist zum adaptiven Verstellen mindestens einer der vorbestimmten Entladungszeitperiode und der vorbestimmten Messzeitperiode.
  8. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen, auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals (281), des Verlusts des AC-Eingangssignals (Vin), beinhaltet: - Ausschließen, dass das AC-Eingangssignal (Vin) verloren wurde, falls der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode entweder zunimmt oder abnimmt; - Folgern, dass das AC-Eingangssignal (Vin) verloren wurde, falls der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode konstant ist.
  9. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Logik einen Detektor (23), einen Schaltercontroller (24) und einen Zeitsteuercontroller (25) umfasst, wobei - der Detektor (23) ausgebildet ist zum Ausgeben eines Detektionssignals (231), wobei das Detektionssignal (231) anzeigt, ob der Wert des DC-Erfassungssignals innerhalb der vorbestimmten Messzeitperiode - konstant über einem Schwellwert (261); - konstant unter dem Schwellwert (261); oder - über und unter dem Schwellwert (261) liegt; - der Schaltercontroller (24) ausgebildet ist zum Generieren, auf Basis des Detektionssignals (231), eines Schaltersteuersignals (241) zum Steuern des Schaltelements (283); und - der Zeitsteuercontroller (25) ausgebildet ist zum Steuern einer Operation mindestens des Schaltercontrollers (24) auf Basis der vorbestimmten Entladungszutperiode.
  10. Controller (200) nach Anspruch 9, wobei die Logik (23, 24, 25) ausgebildet ist zum adaptiven Verstellen des Schwellwerts (261).
  11. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorbestimmte Kriterium die Bestimmung beinhaltet, dass der Wert des DC-Erfassungssignals (281) unter dem Schwellwert liegt.
  12. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) einen Entladungswiderstand (285) umfasst und wobei das DC-Erfassungssignal (281) ein an dem Entladungswiderstand (285) auftretendes Spannungssignal beinhaltet.
  13. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Entladungsschaltung (28) einen resistiven Messteilpfad (286) umfasst und wobei das DC-Erfassungssignal (281) ein an einem Messpunkt (2863) des resistiven Messteilpfads (286) auftretendes Spannungssignal beinhaltet.
  14. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) mindestens ein Teil eines Stromversorgungspfads des Controller (200) ist.
  15. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) und die Logik (23, 24, 25) mit der gleichen integrierten Einzelchip-Schaltung IC integriert sind.
  16. Controller (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen einzelnen Pin (215) für eine serielle Verbindung zwischen der ersten DC-Entladungsschaltung (12, 15) und der zweiten DC-Entladungsschaltung (28).
  17. Leistungswandlervorrichtung (300), umfassend - einen AC/DC-Wandler (100), wobei der AC/DC-Wandler (100) ausgebildet ist zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse (101, 102), eines AC-Eingangssignals (Vin) und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals (Vin) in ein DC-Ausgangssignal (Vout), wobei der AC/DC-Wandler (100) eine erste DC-Entladungsschaltung (12, 15) umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse (101, 102) gekoppelt ist; und - einen Controller (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  18. Leistungswandlervorrichtung (300) nach Anspruch 18, wobei die erste DC-Entladungsschaltung (12, 15) zwei anti-seriell geschaltete Dioden (121, 122) umfasst, die das AC-Eingangssignal (Vin) empfangen, und einen Entladungswiderstand (15), wobei der Entladungswiderstand (15) Kathodenports der anti-seriell verbundenen Dioden (121, 122) mit der zweiten DC-Entladungsschaltung (28) des Controllers (200) koppelt.
  19. Verfahren (400) zum Steuern einer Entladung eines AC/DC-Wandlers (100), wobei der AC/DC-Wandler (100) ausgebildet ist zum Empfangen, über AC-Eingangsanschlüsse (101, 102), eines AC-Eingangssignals (Vin) und zum Umwandeln des AC-Eingangssignals (Vin) in ein DC-Ausgangssignal (Vout), wobei der AC/DC-Wandler (100) eine erste DC-Entladungsschaltung (12, 15) umfasst, die an die AC-Eingangsanschlüsse (101, 102) gekoppelt ist, wobei das Verfahren (400) umfasst: Verwenden eines Controllers (100) mit einer zweiten DC-Entladungsschaltung (28) mit einem steuerbaren Schaltelement (283) zum Ein- und Ausschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), wobei die zweite DC-Entladungsschaltung (28) ausgebildet ist zum Empfangen eines DC-Entladestroms von der ersten DC-Entladungsschaltung (12, 15), wobei das Verfahren das wiederholte Ausführen der folgenden Schritte umfasst: - Empfangen eines DC-Erfassungssignals (281) von der zweiten DC-Entladungsschaltung (28); - Bestimmen (403), auf Basis des Werts des DC-Erfassungssignals (281) innerhalb einer vorbestimmten Messzeitperiode, eines Verlustes des AC-Eingangssignals (Vin); - als Reaktion auf das Bestimmen eines Verlustes des AC-Eingangssignals (Vin), Einschalten (404) der zweiten DC-Entladungsschaltung (28); - nach Verstreichen einer vorbestimmten Entladungszeitperiode nach dem Einschalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), Bestimmen (406) des Werts des DC-Erfassungssignals (281), und - falls der Wert nicht abgenommen hat, Ausschalten (401) der zweiten DC-Entladungsschaltung (28), oder - falls der Wert abgenommen hat, Beibehalten der zweiten DC-Entladungsschaltung (28) in dem Ein-Zustand, bis ein vorbestimmtes Kriterium (407) erreicht ist.
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