DE102020209738B4 - System und verfahren zum verbessern von leistungsfaktor und thd eines schaltleistungswandlers - Google Patents

System und verfahren zum verbessern von leistungsfaktor und thd eines schaltleistungswandlers Download PDF

Info

Publication number
DE102020209738B4
DE102020209738B4 DE102020209738.0A DE102020209738A DE102020209738B4 DE 102020209738 B4 DE102020209738 B4 DE 102020209738B4 DE 102020209738 A DE102020209738 A DE 102020209738A DE 102020209738 B4 DE102020209738 B4 DE 102020209738B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rectified input
voltage
current
cycle
input voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102020209738.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102020209738A1 (de
Inventor
Naidong Xu
Laiqing Ping
Nan Shi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dialog Semiconductor Inc
Original Assignee
Dialog Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dialog Semiconductor Inc filed Critical Dialog Semiconductor Inc
Publication of DE102020209738A1 publication Critical patent/DE102020209738A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102020209738B4 publication Critical patent/DE102020209738B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Ein System für einen Schaltleistungswandler mit einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer AC-Netz-Spannung in eine gleichgerichtete Eingangsspannung, wobei die AC-Netz-Spannung eine Vielzahl von Halbzyklen hat und die gleichgerichtete Eingangsspannung einen Zyklus für jeden Halbzyklus der AC-Netz-Spannung hat, wobei das System aufweist:eine Steuervorrichtung; undeinen Schwellendetektor, der konfiguriert ist zum Vergleichen der gleichgerichteten Eingangsspannung mit einer Schwellenspannung, um zu bestimmen, wann die gleichgerichtete Eingangsspannung kleiner als die Schwellenspannung ist,wobei für jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum Umschalten eines Leistungsschalters während eines regulären Betriebsmodus nach einem Ablauf einer ersten Verzögerung von einem Beginn des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung bis zu einer Bestimmung durch den Schwellendetektor, dass die gleichgerichtete Eingangsspannung von einer Spitze auf die Schwellenspannung an einem Stoppzeitpunkt abgefallen ist, wobei ein Spitzenstrom für jeden Zyklus des Leistungsschalters während des regulären Betriebsmodus in Reaktion auf eine phasenverschobene Version der gleichgerichteten Eingangsspannung ist, die durch die erste Verzögerung verzögert ist;wobei das System weiter umfassteinen Auto-Tuner; undeinen Stromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen eines gleichgerichteten Eingangsstroms, der von dem Gleichrichter erzeugt wird;und wobei für jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung der Auto-Tuner konfiguriert ist zum:Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms an dem Stoppzeitpunkt;Bestimmen einer ersten Zeitperiode, die gleich einer Verzögerung zwischen dem Stoppzeitpunkt und einem Ende des Zyklus ist;Bestimmen eines Einschaltstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms bei einem Ablauf der ersten Verzögerung;Bestimmen eines ersten Produkts des Stoppstromwerts multipliziert mit der ersten Zeitperiode;Bestimmen eines zweiten Produkts der ersten Verzögerung multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts, undAnpassen der Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Produkts und des zweiten Produkts.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Diese Anmeldung betrifft Schaltleistungswandler und insbesondere einen Schaltleistungswandler mit verbesserter gesamter harmonischer Verzerrung (THD - total harmonic distortion) und verbessertem Leistungsfaktor (PF - power factor).
  • HINTERGRUND
  • Gegenwärtig ist eine einstufige Leistungswandlung von Wechselstrom in Gleichstrom (AC-DC- alternating current to direct current) eine kostengünstige und daher verbreitete Leistungsversorgungstopologie für Anwendungen wie Festkörperbeleuchtung. Ein wichtiger Parameter für einen einstufigen AC-DC-Leistungsschaltwandler (SPSC - singlestage power switching converter) ist sein Leistungsfaktor (PF - power factor), der das Verhältnis der von dem AC-Netz an den SPSC gelieferten Wirkleistung zu der an den SPSC gelieferten Scheinleistung ist. Die Scheinleistung ist unempfindlich gegenüber der Phaseneinstellung zwischen dem Eingangsstrom und Spannung, an den SPSC geliefert, im Gegensatz zu der gelieferten Wirkleistung. Daher wird der Leistungsfaktor verringert, wenn der an den SPSC gelieferte Eingangsstrom und die Spannung phasenverschoben sind.
  • Im Allgemeinen ist ein SPSC mit dem AC-Netz über einen Gleichrichter elektrisch verbunden, der zum Beispiel ein Diodenbrückengleichrichter sein kann. Das AC-Netz ist die AC-Leistungsleistung, die von einem Leistungsversorger, wie zum Beispiel einem Energieversorgungsunternehmen, vorgesehen wird. Das AC-Netz hat eine AC-Spannung, die von null Volt zu einer positiven und einer negativen Spitzenleitungsspannung wechselt, die zum Beispiel ± 120 Volt mal 1,414 (für ungefähr ± 170 Volt) in den Vereinigten Staaten (USA) mit einer Zyklusfrequenz von zum Beispiel 60 Hertz in den USA sein kann.
  • In 1A wird eine Darstellung eines AC-Netz-Spannungssignals (VAC-Main ) 100 als Diagramm der Spannung 102 zu der Zeit 104 gezeigt. Das VAC-Main 100 ist als sinusförmig mit einer positiven Spitzenleitungsspannung (VMain-Peak ) 106, einer negativen Spitzenleitungsspannung (-VMain-Peak) 108 und einer Vielzahl von Nulldurchgängen 110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F und 110G gezeigt, wobei die Spannung von VAC-Main 100 Null Volt 112 ist bei der Vielzahl von Nulldurchgängen 110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F und 110G. Die Zyklusfrequenz von VAC-Main 100 hat eine erste Periode TP1 113. In 1B ist ein Diagramm des gleichgerichteten AC-Netz-Spannungssignals (VAC-Rect ) 114 als eine Darstellung der Spannung 102 zu der Zeit 104 gezeigt. In diesem Beispiel ist zu erkennen, dass VAC-Rect 114 VAC-Main 100 folgt und eine zweite Periode TP2 115 hat, die die Hälfte von TP1 113 ist, da VAC-Rect 114 die doppelte Zyklusfrequenz als VAC-Main 100 hat. Somit hat VAC-Rect 114 entsprechende Null-Volt-Werte 112 an den Nulldurchgängen 110A, 110B, 110C, 110D, 110E, 110F und 110G von VAC-Main 100. VAC-Rect 114 hat auch die gleiche positive Spitzenleitungsspannung 106 wie VAC-Main 100.
  • In 2 ist ein Systemblockdiagramm eines Beispiels eines SPSC 200 gezeigt, der über einen Gleichrichter 202 mit VAC-Main 100 verbunden ist. Der Gleichrichter 202 empfängt VAC-Main 100 über einen Eingangskondensator (Cx) 204 und gleichrichtet VAC-Main 100, um VAC-Rect 114 zu erzeugen, die an den SPSC 200 über einen parallelen elektromagnetische-Interferenz(EMI - electromagnetic interference)-Kondensator 206 (CEMI ) geleitet wird. Der SPSC 200 erzeugt und steuert dann eine Ausgangslast 208 mit einer Ausgangs-DC-Spannung (VOut ) 210 an.
  • In diesem Beispiel ist allgemein bekannt, dass der Kondensator Cx 204 zwischen der AC-Leitung und Neutral sowie der Kondensator CEMI 206 zwischen einem Spannungsbus 212 mit gleichgerichteter Eingangsspannung und Masse 214 nach dem Gleichrichter 202 benötigt werden, um eine Konformität elektromagnetischer Interferenz einzuhalten. Unvorteilhafterweise fügen die Kondensatoren CX 204 und CEMI 206 zusätzliche Ströme zu dem System hinzu, zusätzlich zu dem Schaltleistungswandler-Eingangsstrom (IPC ) 216 des SPSC 200. Diese Kondensator-Ströme 218 und 220 sind Lade-/Entladeströme der Kondensatoren CX 204 und CEMI 206, die Verzerrungen in einen gleichgerichteten Eingangsstrom 222 von dem Gleichrichter 202 einführen, die den Leistungsfaktor und/oder die gesamte harmonische Verzerrung (THD) senken.
  • Im Allgemeinen nehmen diese Verzerrungen unter Bedingungen mit geringer Last zu, wobei der Beitrag des SPSC 200 zu dem gesamten gleichgerichteten Eingangsstrom 212 im Verhältnis zu den Strömen 218 und 220, die zum Laden und Entladen der Kondensatoren CX 204 und CEMI 206 verwendet werden, geringer ist. Diese Verzerrungen werden weiter erhöht bei Bedingungen mit hoher Eingangsspannung und geringer Last, bei denen die Kondensator-Ströme 218 und 229 maximal sind und der Eingangsstrom 216 des Schaltleistungswandlers reduziert ist.
  • Somit besteht eine Notwendigkeit für ein System und ein Verfahren, das dieses Problem anspricht und den PF und die THD des SPSC 200 verbessert.
  • US20110157940A1 beschreibt einen Leistungsfaktorkorrektor für niedrige Lasten. Der Leistungsfaktorkorrektor erhöht den Leistungsfaktor bei niedrigen Lasten oder hohen Netzspannungen, indem während der Abfallzeit des Absolutwertes der Netzwechselspannung eine größere Strommenge an die Last abgegeben wird als während der anwendbaren Anstiegszeit. Dies wird erreicht, indem die Einschaltzeit eines Steuerschalters während der Abfallzeit erhöht wird, so dass der Großteil der Einschaltzeit während einer Netzperiode während der Abfallzeit auftritt. Dies kann die Verwendung einer Zeitspannung beinhalten, die über einen Zeitraum innerhalb jedes halben Netzzyklus ansteigt, um die Einschaltzeit von Umwandlungszyklen in der Abfallzeit zu erhöhen.
  • AT16263U1 beschreibt ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine ausgehend von einer Netzspannung versorgte aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung mit einem durch eine Steuereinheit angesteuerten getakteten Schalter, wobei das Betriebsgerät eine Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Taktung des Schalters abhängig von einem zugeführten Messsignal durchzuführen, sowie eine Signalverarbeitungseinheit, die in zeitlichen Bereichen um den Scheitel der Netzspannung herum, bspw. in zeitlichen Bereichen, in denen die Amplitude der Netzspannung über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Amplitude des Messsignals derart verändert, dass sich während der zeitlichen Bereiche eine sich durch die somit ergebende Taktung des Schalters verringerte Leistungsaufnahme der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ergibt.
  • X. Liu, C. Hu, H. Yue, P. Lin, D. Xu and H. Pan, „High efficiency PFC with Enabling Window Control and active input bridge," 2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Fort Worth, TX, USA, 2011, Seiten 119-124, doi: 10.1109/APEC.2011.5744585, wird ein neuartiges EWR-Verfahren (Enabling Window Control) vorgeschlagen, um den Schaltverlust zu verringern, und eine aktive Eingangsbrücke wird verwendet, um die herkömmliche Diodenbrücke für einen hohen Wirkungsgrad zu ersetzen.
  • Aus US20070103947A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die PFC in einem aktiven Fenster innerhalb der Halbperioden der Netzspannung PFC aktive geregelt wird. In US8644041B2 wird eine PFC vorgeschlagen, bei der zusätzlich zur üblichen Stromreglung über die Einschaltzeit ein Fenster adaptive angepasst wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein System zum Verbessern eines Leistungsfaktors (PF - power factor) eines Schaltleistungswandlers in Signalkommunikation mit einem Gleichrichter und einem elektromagnetische-Interferenz(EMI - electromagnetic interference)-Kondensator (CEMI ) wird offenbart. In diesem Beispiel ist der Gleichrichter parallel mit (CEMI ) und einem Eingangs-X-Kondensator (Cx) elektrisch verbunden und konfiguriert zum Empfangen einer Wechselstrom(AC- alternating current)-Netz-Spannung (VAC-Main ) über CX und zum Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung über den CEMI , der einen Eingangsstrom an den Schaltleistungswandler erzeugt. VAC-Main hat eine Vielzahl von Nulldurchgängen bei einer Vielzahl von Nulldurchgangszeiten. Das System umfasst eine Steuervorrichtung in Signalkommunikation mit dem Schaltleistungswandler und einen Schwellendetektor in Signalkommunikation mit der Steuervorrichtung, dem Schaltleistungswandler und dem CEMI . Der Schwellendetektor ist konfiguriert zum Messen und Vergleichen der gleichgerichteten Spannung mit einer Schwellenspannung, und die Steuervorrichtung ist konfiguriert zum Setzen des Schaltleistungswandlers in einen Stoppmodus, der den Schaltleistungswandler daran hindert, seinen Leistungsschalttransistor in einen regulären Betriebsmodus zu schalten, wenn die gleichgerichtete Spannung in eine Spannungsgröße fällt und unter der Schwellenspannung ist. Der Schaltleistungswandler wird in den Stoppmodus zu einer Stoppzeit gesetzt, die kleiner als eine erste Nulldurchgangszeit der Vielzahl von Nulldurchgangszeiten ist. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert zum Setzen des Schaltleistungswandlers in einen Betriebsmodus, der dem Schaltleistungswandler ermöglicht, ein Umschalten des Leistungsschalttransistors in den regulären Betriebsmodus zu einem Zeitpunkt wiederaufzunehmen, der nach der ersten Nulldurchgangszeit ist.
  • Jeder Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung erstreckt sich von einer entsprechenden ersten Nulldurchgangszeit der AC-Netz-Eingangsspannung bis zu einer entsprechenden nachfolgenden Nulldurchgangszeit. Die nachfolgende Nulldurchgangszeit für einen ersten Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung ist die erste Nulldurchgangszeit für einen zweiten Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung, usw. In jedem Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung hat die gleichgerichtete Eingangsspannung ein positives Sinusprofil, das eine Spitze an einem Mittelpunkt des Zyklus erreicht.
  • Da die gleichgerichtete Eingangsspannung ein positives Sinusprofil während jedes Zyklus hat, sollte der gleichgerichtete Eingangsstrom das gleiche positive Sinusprofil haben, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Während Perioden hoher Last dominiert der Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler den gleichgerichteten Eingangsstrom, so dass die Steuervorrichtung den Leistungsfaktor durch Modulieren des Umschalten des Leistungsschalttransistors verbessern kann, so dass der Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler ein positives Sinusprofil über jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung hat. Eine solche Leistungsfaktorkorrektur funktioniert jedoch nicht in Perioden relativ geringer Last (z.B. 25% der maximalen Last oder weniger). Wenn die Last abnimmt, verringert sich auch der Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler. Der Strom zum Laden und Entladen des X-Kondensators und des EMI-Kondensators nimmt jedoch nicht ab. Der EMI-Kondensator-Strom wird somit zu einem nennenswerten Teil des gleichgerichteten Eingangsstroms während eines Niedriglastbetriebs.
  • Um den EMI-Kondensator-Strom zu kompensieren, ist es daher für eine Steuervorrichtung üblich, die sinusförmige Form des Eingangsstroms zu dem Schaltleistungswandler so zu modifizieren, dass das Profil des Eingangsstroms proportional zu einer verzögerten und phasenverschobenen Version der gleichgerichteten Eingangsspannung ist. Obwohl somit der Leistungsfaktor durch diese Modifikation verbessert wird, ist dies bei der gesamten harmonischen Verzerrung nicht der Fall. Um die gesamte harmonische Verzerrung zu verbessern und gleichzeitig einen verbesserten Leistungsfaktor zu erhalten, wird das Schalten des Leistungsschalttransistors so moduliert, dass der Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler proportional zu der verzögerten und phasenverschobenen Version der gleichgerichteten Eingangsspannung auf herkömmliche Weise geformt wird. Das Schalten des Leistungsschalttransistors während dieser Stromformung wird hier als „regulärer Betriebsmodus“ für den Schaltleistungswandler bezeichnet. Um die THD zu verbessern, wird der reguläre Betriebsmodus in jedem Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung beendet, wenn die gleichgerichtete Eingangsspannung ihren Höhepunkt erreicht hat und unter eine Schwellenspannung fällt vor der Nulldurchgangszeit am Ende des Zyklus. Im Gegensatz dazu war es üblich, dass der reguläre Betriebsmodus bis zum Ende jedes Zyklus fortgesetzt wurde.
  • In Bezug auf eine Nulldurchgangszeit, die zwei angrenzende Zyklen trennt, markiert die Nulldurchgangszeit das Ende eines ersten Zyklus und den Beginn des zweiten Zyklus. Während des ersten Zyklus erreicht der Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler eine Spitze und beginnt dann zu fallen, bis er die Schwellenspannung erreicht, woraufhin der reguläre Betriebsmodus aufhört. Der reguläre Betriebsmodus beginnt nicht an dem Nulldurchgang am Ende des ersten Zyklus aufgrund einer Stromformung in Reaktion auf eine verzögerte Version der gleichgerichteten Eingangsspannung. Eine Pause in dem regulären Betriebsmodus tritt somit um jede Nulldurchgangszeit zwischen angrenzenden Zyklen auf. Während dieser Pausenperiode kann die Steuervorrichtung des Schaltleistungswandlers das Umschalten des Leistungsschalttransistors beenden. Alternativ kann die Steuervorrichtung den Leistungsschalttransistor weiter umschalten, aber dieses Niedrigleistungs-Umschalten während der Pausenperiode reagiert nicht auf die gleichgerichtete Eingangsspannung, wie dies während des regulären Betriebsmodus der Fall wäre. Zum Beispiel kann die Steuervorrichtung den Leistungsschalttransistor während der Pausenperiode mit einer festen Ein-Zeit umschalten oder bis ein fester Spitzenstrom erreicht ist. Der feste Spitzenstrom oder die feste Ein-Zeit hätten keine Beziehung zu der gleichgerichteten Eingangsspannung. Die resultierende Pausenperiode ist ziemlich vorteilhaft, da der Leistungsfaktor hoch bleibt, aber die THD wesentlich reduziert wird.
  • Die Schwellenspannung kann in einigen Ausführungsbeispielen durch einen externen Widerstand gesetzt werden. Alternativ kann die Schwellenspannung durch Programmieren eines einmal programmierbaren Speichers, wie eines Sicherungsspeichers, in der Steuervorrichtung des Schaltleistungswandlers gesetzt werden.
  • Andere Vorrichtungen, Geräte, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind oder werden für Fachleute bei Durchsicht der folgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen zusätzlichen Vorrichtungen, Geräte, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in diese Beschreibung aufgenommen sind, in den Umfang der Erfindung fallen und durch die beigefügten Ansprüche geschützt sind.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verständlich. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern es wird stattdessen Wert daraufgelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In den Figuren bezeichnen gleiche Referenznummern entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten.
    • 1A ist eine Darstellung eines AC-Netz-Spannungssignals, das als Diagramm der Spannung zu der Zeit gezeigt ist.
    • 1B ist eine Darstellung eines gleichgerichteten AC-Netz-Spannungssignals als ein Diagramm der Spannung zu der Zeit.
    • 2 ist ein Systemblockdiagramm eines Beispiels eines einstufigen AC-DC-Leistungsschaltwandlers, der über einen Gleichrichter mit dem AC-Netz-Spannungssignal verbunden ist.
    • 3 ist ein Systemblockdiagramm eines Beispiels einer Implementierung eines Systems zum Verbessern des Leistungsfaktors (PF - power factor) und der gesamten harmonischen Verzerrung (THD - total harmonic distortion) eines Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist ein Systemblockdiagramm eines Beispiels einer anderen Implementierung eines Systems zum Verbessern des PF und der THD eines Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 5A ist ein Systemblockdiagramm eines Beispiels einer weiteren Implementierung eines Systems zum Verbessern des PF und der THD des Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 5B zeigt ein Ausführungsbeispiel des Systems von 5A, in dem der Schaltleistungswandler ein Aufwärtswandler ist.
    • 6A ist ein Diagramm einer gleichgerichteten Spannung als Spannung zu der Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 6B ist ein Diagramm des Eingangsleistungswandlerstroms als Strom zu der Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 6C ist ein Diagramm des kombinierten Stroms beider Kondensatoren, Eingangskondensator und elektromagnetische-Interferenz-Kondensator, als Strom zu der Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 6D ist ein Diagramm des gleichgerichteten Stroms als Strom zu der Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 6E ist ein erstes Diagramm des AC-Netz-Spannungssignals als Spannung zu der Zeit und ein zweites Diagramm des AC-Netz-Eingangsstroms als Strom zu der Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist eine erweiterte Ansicht des ersten Diagramms des AC-Netz-Spannungssignals und des zweiten Diagramms des AC-Netz-Eingangsstroms gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 zeigt einen Ansatz zur Verbesserung des PF an dem Leistungswandler, der ein aktives Steuern der Form des Eingangsleistungswandlerstroms zum Kompensieren der Kondensator-Ströme umfasst.
    • 9A und 9B zeigen einen Vergleich eines bloßen Kompensierens von PF mit einem Kompensieren von PF und ebenso aktivem Stoppen des Eingangsleistungswandlerstroms vor einem Nulldurchgang des AC-Netz-Spannungssignals.
    • 10A - 10C sind beispielhafte Wellenformen zur Verwendung einer Schwellenspannung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 11 ist eine erweiterte Ansicht der Diagramme des AC-Netz-Eingangsstroms, der gleichgerichteten Spannung und des gleichgerichteten Stroms mit den Kerben bzw. Notches, die in dem Diagramm des AC-Netz-Eingangsstroms gezeigt sind.
    • 12A und 12B sind Darstellungen eines Beispiels einer Implementierung für die Bewegung von zwei beispielhaften Kerben gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 13 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Implementierung eines Verfahrens, das von dem System gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorteile sind am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung verständlich. Es sollte angemerkt werden, dass gleiche Referenznummern verwendet werden, um gleiche Elemente zu identifizieren, die in einer oder mehreren der Figuren dargestellt sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Offenbart wird ein System zum Verbessern eines Leistungsfaktors (PF - power factor) eines Leistungswandlers in Signalkommunikation mit einem Gleichrichter und einem elektromagnetische-Interferenz(EMI - electromagnetic interference)-Kondensator (CEMI ). In diesem Beispiel ist der Gleichrichter parallel mit dem EMI-Kondensator (CEMI ) und einem Eingangs-X-Kondensator (Cx) elektrisch verbunden und ist konfiguriert zum Empfangen einer Wechselstrom(AC- alternating current)-Netz-Spannung (VAC-Main ) über den X-Kondensator und zum Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung über den EMI-Kondensator zum Liefern eines Eingangsleistungswandlerstroms. Die AC-Netz-Eingangsspannung VAC-Main hat eine Vielzahl von Nulldurchgängen an einer Vielzahl von Nulldurchgangszeiten. Das System umfasst eine Steuervorrichtung in Signalkommunikation mit dem Leistungswandler und einen Schwellendetektor in Signalkommunikation mit der Steuervorrichtung und dem Leistungswandler. Der Schwellendetektor ist konfiguriert zum Messen und Vergleichen der gleichgerichteten Eingangsspannung mit einer Schwellenspannung, und die Steuervorrichtung ist konfiguriert zum Setzen des Leistungswandlers in einen Stoppmodus, der den Leistungswandler daran hindert, den Leistungsschalter in einen regulären Betriebsmodus zu schalten, wenn die gleichgerichtete Spannung in eine Spannungsgröße unter der Schwellenspannung fällt. Der Leistungswandler wird in den Stoppmodus zu einer Stoppzeit gesetzt, die vor jeder der Nulldurchgangszeiten ist. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert zum Setzen des Leistungswandlers in einen Betriebsmodus, der dem Leistungswandler ermöglicht, ein Umschalten des Leistungsschalttransistors zu einem Zeitpunkt wiederaufzunehmen, der nach jeder Nulldurchgangszeit ist, während eines Niedriglastbetriebs.
  • Das System kann weiter einen Spannungssensor umfassen, der konfiguriert ist zum Erfassen der gleichgerichteten Eingangsspannung. Der Schwellendetektor kann Teil des Spannungssensors sein. Das System kann weiter eine Auto-Abstimmvorrichtung bzw. einen Auto-Tuner zum Optimieren der Schwellenspannung umfassen, um die THD weiter zu reduzieren. Um diese Optimierung durchzuführen, kann der Auto-Tuner konfiguriert sein zum: Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms, wenn der Leistungswandler in den Stoppmodus gesetzt ist; Bestimmen einer ersten Zeitperiode oder Verzögerung, die gleich einer Verzögerung zwischen der Stoppzeit und der nachfolgenden Nulldurchgangszeit ist; Bestimmen einer zweiten Zeitperiode, die gleich einer Verzögerung zwischen einem Setzen des Schaltleistungswandlers in den Betriebsmodus nach der nachfolgenden Nulldurchgangszeit und einem Fallen des Einschaltstroms auf Null nach dem Setzen des Schaltleistungswandlers in den Betriebsmodus ist; Bestimmen eines Einschaltstromwerts des gleichgerichteten Stroms, wenn der Leistungswandler in den Betriebsmodus gesetzt wird nach der nachfolgenden Nulldurchgangszeit; Bestimmen eines ersten Kerbbereichswerts, der gleich dem Stoppstromwert multipliziert mit der ersten Zeitperiode ist; Bestimmen eines zweiten Kerbbereichswerts, der gleich der zweiten Zeitperiode multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts ist; und Anpassen der Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und des zweiten Kerbbereichswerts. Das Ziel ist, dass der erste Kerbbereichswert gleich dem zweiten Kerbbereichswert ist. Angenommen zum Beispiel, dass der erste Kerbbereichswert kleiner ist als der zweite Kerbbereichswert. Der Auto-Tuner kann dann die Schwellenspannung erhöhen, um den ersten Kerbbereichswert in einer nachfolgenden Messung zu erhöhen. Wenn alternativ der erste Kerbbereichswert größer ist als der zweite Kerbbereichswert, kann der Auto-Tuner die Schwellenspannung verringern, um den ersten Kerbbereichswert in einer nachfolgenden Messung zu verringern. Der Auto-Tuner kann Teil der Steuervorrichtung sein.
  • Die Steuervorrichtung oder der Leistungswandler selbst kann weiter konfiguriert sein zum Einführen einer Verzögerung, Phasenverschiebung oder beides in den Eingangsstrom für den Schaltleistungswandler, um den Leistungsfaktor während Niedriglastzuständen zu verbessern.
  • In einem Beispiel eines Betriebs kann das System ein Verfahren durchführen, das ein Messen und Vergleichen der gleichgerichteten Eingangsspannung mit einer Schwellenspannung und ein Setzen des Leistungswandlers in einen Stoppmodus umfasst, der den Schaltleistungswandler daran hindert, den Leistungsschalttransistor zu schalten, wenn die gemessene gleichgerichtete Spannung in eine Spannungsgröße unter die Schwellenspannung fällt, wobei der Leistungswandler in den Stoppmodus zu einer Stoppzeit gesetzt wird, die vor einer nachfolgenden Nulldurchgangszeit ist. Das Verfahren umfasst auch ein Setzen des Leistungswandlers in einen Betriebsmodus, der dem Leistungswandler ermöglicht, ein Verwenden des Eingangsleistungswandlerstroms zu einem Zeitpunkt nach der nachfolgenden Nulldurchgangszeit wiederaufzunehmen.
  • In 3 wird ein Systemblockdiagramm eines Beispiels einer Implementierung des Systems 300 zum Verbessern des PF bei einem Reduzieren der THD eines Schaltleistungswandlers 302 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Wie zuvor diskutiert, umfasst in diesem Beispiel das System 300 eine Steuervorrichtung 304, einen Schwellendetektor 306, einen Spannungssensor 308, einen Stromsensor 310 und einen Auto-Tuner 312. Die Steuervorrichtung 304 ist in Signalkommunikation mit dem Leistungswandler 302, dem Schwellendetektor 306, dem Spannungssensor 308 und dem Auto-Tuner 312. Der Stromsensor 310 ist in Signalkommunikation mit dem Auto-Tuner 312, dem Leistungswandler 302 und der Schiene für die gleichgerichtete Eingangsspannung 334. Der Schaltleistungswandler 302 ist ebenfalls in Signalkommunikation mit einer optionalen Ausgangslast 318 und Masseverbindungen 320 und 322. Ein X-Kondensator Cx 324 ist über die Eingangsknoten mit dem Gleichrichter 314 gekoppelt, während der EMI-Kondensator 316 über die Ausgangsknoten mit dem Gleichrichter 314 gekoppelt ist. In diesem Beispiel kann der Gleichrichter 314 ein Diodenbrückengleichrichter sein.
  • Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass die Schaltungen, Komponenten, Module und/oder Vorrichtungen des Systems 300, oder mit diesem assoziiert, als in Signalkommunikation miteinander stehend beschrieben werden, wobei sich Signalkommunikation auf einen beliebigen Typ von Kommunikation und/oder Verbindung zwischen den Schaltungen, Komponenten, Modulen und/oder Vorrichtungen bezieht, die einer Schaltung, einer Komponente, einem Modul und/oder einer Vorrichtung ermöglicht, Signale und/oder Information an eine andere Schaltung, Komponente, Modul und/oder Vorrichtung zu senden und/oder davon zu empfangen. Die Kommunikation und/oder Verbindung kann entlang eines Signalpfads zwischen den Schaltungen, Komponenten, Modulen und/oder Vorrichtungen erfolgen, der ermöglicht, dass Signale und/oder Information von einer Schaltung, Komponente, einem Modul und/oder einer Vorrichtung zu einer/einem anderen übertragen werden, und umfasst drahtlose oder verdrahtete Signalpfade. Die Signalpfade können physikalisch sein, wie zum Beispiel leitende Drähte, elektromagnetische Wellenleiter, Kabel, angeschlossene und/oder elektromagnetisch oder mechanisch gekoppelte Anschlüsse, halbleitende oder dielektrische Materialien oder Vorrichtungen oder andere ähnliche physikalische Verbindungen oder Kopplungen. Zusätzlich können Signalpfade nicht-physikalisch sein, wie Frei-Raum (im Fall einer elektromagnetischen Ausbreitung), oder Informationspfade durch digitale Komponenten, bei denen Kommunikationsinformation von einer Schaltung, Komponente, einem Modul und/oder einer Vorrichtung an eine/einen andere(n) in variierenden digitalen Formaten übertragen werden kann, ohne durch eine direkte elektromagnetische Verbindung zu gehen.
  • In einem Betriebsbeispiel empfängt der Gleichrichter 314 die AC-Eingangsspannung VAC-Main 326 über den X-Kondensator CX 324. Das AC-Netz erzeugt auch einen entsprechenden AC-Netz-Eingangsstrom (IAC-Main ) 328, der in die parallele Kombination des Gleichrichters 314 und des X-Kondensators CX 324 zugeführt wird. Im Allgemeinen ist der AC-Netz-Eingangsstrom IAC-Main 328 gleich der Kombination eines Gleichrichtereingangsstroms (IRect-in ) 330 und eines X-Kondensator-Stroms (IX ) 332, wobei Ix 332 entweder der Lade- oder Entladestrom des X-Kondensators CX 324 ist. In Reaktion darauf erzeugt der Gleichrichter 314 eine gleichgerichtete Eingangsspannung (VR ) 334 und einen gleichgerichteten Eingangsstrom (IR ) 336, die an die parallele Kombination des Leistungswandlers 302 und des EMI-Kondensators CEMI 316 geleitet werden. Der gleichgerichtete Eingangsstrom IR 336 ist gleich der Kombination aus einem Eingangsleistungswandlerstrom (IPC ) 338 und einem EMI-Kondensator-Strom (IEMI ) 340, wobei IEMI 332 entweder der Lade- oder der Entladestrom des EMI-Kondensators CEMI 316 ist. Der Leistungswandler 302 erzeugt und steuert dann die Ausgangslast 318 mit einer Ausgangs-DC-Spannung (VOut ) 342 an.
  • Während dieses Betriebs führt das System 300 ein Verfahren durch, das ein Messen und Vergleichen der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 mit einer Schwellenspannung und ein Setzen des Leistungswandlers 302 in einen Stoppmodus umfasst, der den Leistungswandler 302 daran hindert, einen Leistungsschalttransistor in einen regulären Betriebsmodus zu schalten, wenn die gemessene gleichgerichtete Eingangsspannung 334 unter die Schwellenspannung fällt, wobei der Leistungswandler 302 in den Stoppmodus an einer Stoppzeit gesetzt wird, die kleiner ist als eine nachfolgende Nulldurchgangszeit der AC-Netz-Eingangsspannung VAC-Main 326. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 304 den Leistungswandler 302 in den Stoppmodus setzen durch Ausgeben einer STOP 344-Anweisung an die Schaltung in dem Leistungswandler 302. Die Steuervorrichtung kann auch den Leistungswandler in einen Betriebsmodus setzen, der dem Leistungswandler 302 ermöglicht, ein Umschalten des Leistungsschalttransistors an einem Zeitpunkt wiederaufzunehmen, der nach der nachfolgenden Nulldurchgangszeit ist. Im Allgemeinen kann die Steuervorrichtung 304 auch Zeitsteuerungs- und Speicherschaltungen umfassen, die ermöglichen, den Zeitpunkt eines Betriebs des Leistungswandlers 302 und den Zeitpunkt der Vielzahl von Nulldurchgangszeiten der Vielzahl von Nulldurchgänge von VAC-Main 326 zu bestimmen und/oder zu speichern, so dass die Steuervorrichtung 304 konfiguriert ist zum Bestimmen der Zeit nach der nachfolgenden Nulldurchgangszeit. Die Steuervorrichtung 304 kann die nachfolgende Nulldurchgangszeit aus dem gleichgerichteten Eingangsstrom IR 336 anstelle von VAC-Main 326 bestimmen, da der gleichgerichtete Eingangsstrom IR 336 VAC-Main 326 mit der doppelten Zyklusfrequenz folgt, so dass die gleichgerichtete Eingangsspannung IR 336 einen Spannungswert von ungefähr Null Volt an den entsprechenden Nulldurchgangszeiten von VAC-Main 326 hat. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 304 den Leistungswandler 302 in den Betriebsmodus setzen durch Ausgeben einer WIEDERAUFNEHMEN- bzw. RESUME 346-Anweisung an die Schaltung innerhalb des Leistungswandlers 302.
  • In diesem Beispiel ist der Stromsensor 310 konfiguriert zum Erfassen und Messen des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336 und der Auto-Tuner 312 ist konfiguriert zum Anpassen der Schwellenspannung basierend auf der Messung des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336. Der Auto-Tuner 312 bestimmt einen Stoppstromwert des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336, wenn der Leistungswandler 302 in den Stoppmodus gesetzt ist, und eine erste Verzögerungsperiode, die gleich der Verzögerung zwischen der Stoppzeit und der nachfolgenden Nulldurchgangszeit von VAC-Main 326 ist. Der Auto-Tuner 312 bestimmt dann eine zweite Verzögerungsperiode, die gleich einer Zeit zwischen der nachfolgenden Nulldurchgangszeit und dem Setzen des Leistungswandlers 302 in den Betriebsmodus ist. In Reaktion auf das Setzen des Betriebsmodus springt der gleichgerichtete Eingangsstrom auf einen Einschaltstromwert, wie durch die Kapazität des EMI-Kondensators CEMI 316 und den EMI-Kondensator-Strom IEMI 340 bestimmt wird. Der Auto-Tuner 312 bestimmt dann den Einschaltstromwert des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336, wenn der Leistungswandler 302 in den Betriebsmodus gesetzt ist nach der nachfolgenden Nulldurchgangszeit. Der Auto-Tuner 312 bestimmt dann einen ersten Kerbbereichswert, der gleich dem Stoppstromwert multipliziert mit der ersten Verzögerungsperiode ist, und einen zweiten Kerbbereichswert, der gleich der zweiten Verzögerungsperiode multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts ist. Der Auto-Tuner 312 passt dann die Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und des zweiten Kerbbereichswerts an. In diesem Beispiel sind der erste Kerbbereich und der zweite Kerbbereich Verzerrungen der verschiedenen Stromwellenformen (wie IAC-Main 328 und IR 336), die durch das Laden und Entladen der Kondensatoren CX 324 und CEMI 316 an den Nulldurchgängen verursacht werden.
  • In 4 wird ein Systemblockdiagramm eines Beispiels einer anderen Implementierung eines Systems 400 zum Verbessern des PF des Leistungswandlers 302 bei einem Reduzieren der THD gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In diesem Beispiel umfasst das System 400 eine Steuervorrichtung 402, einen Spannungssensor 404 und einen Stromsensor 406, wie analog zu 1 diskutiert wurde. Der Stromsensor 406 ist ebenfalls in Signalkommunikation mit dem Gleichrichter 314 und einem Stromerfassungswiderstand (R1) 408. Der Stromerfassungswiderstand R1 408 ist in Signalkommunikation mit dem Gleichrichter 314 und Masse 322 und ermöglicht dem Strom, einen Spannungsabfall über den Stromerfassungswiderstand R1 408 zu erzeugen, der proportional zu dem gleichgerichteten Eingangsstrom 336 ist. In einem Beispiel kann der Stromerfassungswiderstand R1 408 eine Implementierung des Stromsensors 406 sein. Der Spannungssensor 404 ist konfiguriert zum Messen der gleichgerichteten Eingangsspannung VR 334 und kann einen Schwellendetektor umfassen. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 402 einen Auto-Tuner umfassen.
  • In 5A wird ein Systemblockdiagramm eines Beispiels einer weiteren Implementierung des Systems 500 zum Verbessern des PF des Leistungswandlers 302 bei einem Reduzieren der THD gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In diesem Beispiel umfasst das System 500 eine Steuervorrichtung 402 und einen Spannungssensor 504. Die Steuervorrichtung 502 ist in Signalkommunikation mit dem Leistungswandler 302 und dem Spannungssensor 504. In diesem Beispiel kann die Steuervorrichtung 502 einen Auto-Tuner umfassen und ist konfiguriert zum Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336, wenn der Leistungswandler 302 in den Stoppmodus gesetzt ist, und zum Bestimmen einer ersten Verzögerungsperiode, die gleich einer Zeit zwischen der Stoppzeit und der nachfolgenden Nulldurchgangszeit ist. Die Steuervorrichtung 502 empfängt dann entweder einen vorgegebenen Wert 506 für die zweite Verzögerungsperiode oder hat diesen gespeichert und bestimmt den Einschaltstromwert des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336, wenn der Leistungswandler 302 in den Betriebsmodus gesetzt ist bei Ablauf der zweiten Verzögerungszeit. Die Steuervorrichtung 502 bestimmt dann einen ersten Kerbbereichswert, der gleich ist zu dem Stoppstromwert multipliziert mit der ersten Verzögerungsperiode, und einen zweiten Kerbbereichswert, der gleich ist zu der zweiten Verzögerungsperiode multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts. Die Steuervorrichtung 502 passt dann die Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und des zweiten Kerbbereichswerts an.
  • Der Schaltleistungswandler 302 kann jeden geeigneten Schaltleistungswandler aufweisen, wie einen Flyback-Wandler, einen Buck- bzw. Abwärtswandler, einen Boost- bzw. Aufwärtswandler oder einen Buck/Boost- bzw. Abwärts/Aufwärtswandler. Zum Beispiel zeigt 5B ein Ausführungsbeispiel, in dem das System 500 das Leistungsschalter-Umschalten eines Leistungsschalttransistors S für einen Aufwärtswandler 302 steuert. Zur Verdeutlichung ist die Steuervorrichtung 502 getrennt von dem System 500 in 5B gezeigt. Wie in dem Bereich der Schaltleistungswandler bekannt ist, erzeugt ein Fehlerverstärker (EA - error amplifier) eine Steuerspannung Vc in Reaktion auf eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung 342 und einer Referenzspannung. Während des regulären Betriebsmodus steuert die Steuervorrichtung 502 das Umschalten des Leistungsschalttransistors S in Reaktion auf die Steuerspannung. Zusätzlich steuert die Steuervorrichtung 502 das Umschalten des Leistungsschalttransistors S während des regulären Betriebsmodus in Reaktion auf eine verzögerte und phasenverschobene Version der gleichgerichteten Eingangsspannung für eine verbesserte Leistungsfaktorkorrektur während Niedriglastzuständen.
  • Um eine verbesserte Leistungsfaktorkorrektur vorzusehen, wie in dem Bereich der Schaltleistungswandler bekannt ist, kompensieren die Steuervorrichtungen 334, 402 oder 502 eine Eingangsstromverzerrung von dem X-Kondensator 324 und dem EMI-Kondensator 316 während Perioden niedriger Last. Bei niedriger Last ist der von dem Schaltleistungswandler bezogene Eingangsstrom 338 relativ klein. Der von dem EMI-Kondensator 316 geleitete Strom 340 wird somit bei Niedriglastbedingungen zu einem nennenswerten Teil des gleichgerichteten Eingangsstroms 336 von dem Gleichrichter. Im Gegensatz dazu ist der EMI-Strom 340 ein relativ kleiner Teil des gleichgerichteten Eingangsstroms 336 bei Bedingungen mit hoher Last, da der von dem Schaltleistungswandler bezogene Eingangsstrom 338 bei Hochlastbedingungen relativ groß wird. Der EMI-Kondensator-Strom 340 erhöht somit die Notwendigkeit einer Leistungsfaktorkompensation während Niedriglastzuständen im Vergleich zu einem einfachen Formen des Eingangsstroms 338 des Schaltleistungswandlers, um der Wellenform für die gleichgerichtete Eingangsspannung 334 zu entsprechen. Eine bessere Einschätzung dieser Notwendigkeit einer Leistungsfaktorkompensation kann durch eine Betrachtung der 6A - 6E vorgesehen werden, die mehrere verschiedene Signalwellenformen darstellen, die durch das System 300 (oder System 400 oder System 500) erzeugt würden, wenn das System 300 die EMI-Kondensator-Ströme nicht kompensieren würde. Insbesondere zeigt 6A mehrere Zyklen der gleichgerichteten Eingangsspannung VR 334 ohne Kompensation der EMI-Kondensator-Ströme. 6B ist ein Diagramm des Eingangsstroms IPC 338 des Schaltleistungswandlers in demselben Zeitrahmen, der in 6A gezeigt ist. Da es keine Kompensation für die EMI-Kondensator-Ströme gibt, ist anzumerken, dass der Eingangsstrom 338 des Schaltleistungswandlers phasengleich mit der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 ist. Während Perioden hoher Last sieht eine solche Phaseneinstellung des Eingangsstroms 338 mit der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 für den Schaltleistungswandler einen ausgezeichneten Leistungsfaktor vor.
  • Man beachte jedoch den entsprechenden EMI-Kondensator-Strom 600 (eine Summe von sowohl Ix 332 als auch IEMI 340), wie in 6C in dem gleichen Zeitrahmen gezeigt. Der EMI-Strom 600 ist im Vergleich zu dem Eingangsstrom 338 des Schaltleistungswandlers nennenswert. Aufgrund dieses nennenswerten EMI-Strombeitrags ist der gleichgerichtete Eingangsstrom 336, wie in 6D gezeigt, in Bezug auf die gleichgerichtete Eingangsspannung 334 verzerrt, was den Leistungsfaktor verringert. Durch diese EMI-Stromverzerrung wird nicht nur der Leistungsfaktor verringert, sondern auch die gesamte harmonische Verzerrung wird erhöht, wie in 6E gezeigt, die VAC-Main 326 und IAC- Main 328 (d.h. Milliampere) über denselben Zeitrahmen zeigt.
  • Aus diesen Diagrammen wird gezeigt, dass alle Signalwellenformen von VAC-Main 326, IAC-Main 328, IR 336, kombiniertem Strom 600, IPC 338 und VR 334 entlang der Nulldurchgänge von VAC-Main 326 ausgerichtet sind. In diesem Beispiel sind die erste Nulldurchgangszeit 602, die zweite Nulldurchgangszeit 604 und die dritte Nulldurchgangszeit 606 zur Veranschaulichung gezeigt. Darüber hinaus ist aus diesen Diagrammen ersichtlich, dass die Nulldurchgänge bewirken, dass die Kondensatoren Cx 324 und CEMI 316 laden und entladen, wodurch Kerben 608, 610 und 612 auf den Signalwellenformen IAC- Main 328 und IR 336 erscheinen, wobei die Kerben die entsprechenden Nulldurchgangszeiten 602, 604 und 606 überspannen.
  • Die 7 und 8 zeigen einen herkömmlichen Ansatz zum Verbessern des PF, der ein aktives Steuern der Form des IPC 338 zum Kompensieren der Kondensatorströme Ix 332 und IEMI 340 umfasst. Anstelle, dass IPC 338 perfekt der Form der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 folgt, wie in 7 gezeigt, fügt eine Kompensation zu Ipc 338 eine Phasenverschiebung sowie eine Verzögerung zu Beginn jedes Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 hinzu, wie in 8 gezeigt. Mit anderen Worten, eine herkömmliche Steuervorrichtung formt den Eingangsstrom 338 zu dem Schaltleistungswandler in Reaktion auf eine verzögerte und phasenverschobene Version der gleichgerichteten Eingangsspannung 334. Wie in 8 gezeigt, ist der resultierende gleichgerichtete Eingangsstrom IR 336 nun mehr in Phase mit der Wellenform VAC-Main 326, um so den Leistungsfaktor während eines Niedriglastbetriebs (z.B. 25% der maximalen Last) signifikant zu verbessern. Es ist jedoch anzumerken, dass der Eingangsstrom 338 zu dem Schaltleistungswandler unmittelbar vor dem Nulldurchgang aufgrund dieser Kompensation im Vergleich zu seinem nicht-kompensierten Wert in 7 erhöht ist. Sowohl der kompensierte AC-Netz-Eingangsstrom 328 in 8 als auch der nicht-kompensierte AC-Netz-Eingangsstrom 328 in 7 haben vergleichbare Abweichungen oder Kerben in Bezug auf das gewünschte Sinusprofil angrenzend an die Nulldurchgangszeiten. Die herkömmliche Kompensation, wie in 8 gezeigt, verbessert den Leistungsfaktor, leidet jedoch immer noch an einer signifikanten THD.
  • Um einen ausreichend hohen PF und eine reduzierte THD zu erlangen, verwendet das hier beschriebene System und Verfahren das Ein- und Ausschalten von IPC 338 und optional das Autotuning, um die durch das schnelle Ändern und Entladen von Cx 324 und CEMI 316 verursachten Kerben zu reduzieren. Der Eingangsstrom 338 hat somit ein verzögertes und phasenverschobenes Profil, wie in Bezug auf Fig. diskutiert. In jedem Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 wird der Eingangsstrom 338 jedoch im Wesentlichen vor der Nulldurchgangszeit am Ende des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 beendet, wenn die gleichgerichtete Eingangsspannung unter die Schwellenspannung gefallen ist. Es gibt eine erste Verzögerungsperiode zwischen dem Beenden des Eingangsstroms 33 und der Nulldurchgangszeit bei Beendigung des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung 334.
  • Im Allgemeinen, durch im Wesentlichen Beenden von IPC 338 vor einem Nulldurchgang von VAC-Main 326 in Reaktion darauf, dass die gleichgerichtete Eingangsspannung 334 unter die Schwellenspannung fällt (oder auf diese fällt), werden die EMI-Kondensatoren Cx 324 und CEMI 316 nicht vollständig entladen. Dies reduziert die Einschaltstromschwierigkeit erheblich und reduziert die THD. Um diese Verbesserung zu zeigen, werden 9A und 9B betrachtet. 9A zeigt die Wellenform der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 über einen Zeitrahmen von mehreren Zyklen. Der Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler wird herkömmlicherweise kompensiert, wie in Bezug auf 8 diskutiert wurde, um den resultierenden gleichgerichteten Eingangsstrom 336 von 9A vorzusehen. Der AC-Netz-Strom 328 hat eine erhebliche Kerbe oder Abweichung für sein Sinusprofil, wie durch den Kreis 900 hervorgehoben, von der EMI-Kondensator-Stromverzerrung im Vergleich zu der sinusförmigen AC-Netz-Spannung. Diese Kerbe verursacht eine erhebliche THD. Die Wellenformen in 9B zeigen die Verbesserung von der Beendigung des Eingangsstroms 338 des Schaltleistungswandlers vor den Nulldurchgängen aufgrund eines Abfallens der gleichgerichteten Eingangsspannung 334 auf die Schwellenspannung vor dem Ende jedes Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung 334. Insbesondere ist anzumerken, dass die gleichgerichtete Eingangsspannung 334 nun eine konstante Spannungsperiode in der Nähe jedes Nulldurchgangs von der Beendigung des IPC 338 hat. Der gleichgerichtete Eingangsstrom 336 hat eine ähnliche konstante Stromperiode (in diesem Fall von ungefähr keinem Strom) an jedem Nulldurchgang aufgrund der Beendigung von IPC 338 vor jedem Nulldurchgang. Das Ergebnis ist, dass die Kerbe in dem AC-Netz-Eingangsstrom 328, wie in Bezug auf 9A diskutiert, in zwei kleinere Kerben in 9B aufgeteilt wird, wie durch den Kreis 902 hervorgehoben. Eine erste kleinere Kerbe tritt vor jedem Nulldurchgang auf, gefolgt von einer zweiten kleineren Kerbe nach jedem Nulldurchgang. Die Beendigung von Ipc 338 vor den Nulldurchgängen hat somit die THD reduziert.
  • Obwohl in einigen Ausführungsbeispielen eine feste Spannungsschwelle verwendet werden kann, so dass keine Abstimmung bzw. Tuning der Schwellenspannung verwendet werden würde, ist es vorteilhaft, die Schwellenspannung wie folgt abzustimmen. Unter Bezugnahme auf die 10A - 10C wird ein Beispiel der Verwendung einer Schwellenspannung 1000 für die Beendigung von IPC 338 vor den Nulldurchgängen gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das System verwendet die Schwellenspannung 1000, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem das Schalten des Leistungswandlers 302 beendet werden sollte unmittelbar vor dem VAC-Main 326 Nulldurchgang (602, 604 oder 606). Unter Verwendung dieses Ansatzes resultiert anstelle einer großen einzelnen Kerbe eine „Treppenstufen“-Kerbe, wie für 9B diskutiert. In 10A ist die Wellenform der gleichgerichteten Eingangsspannung VR 334 mit Nulldurchgängen entsprechend den Nulldurchgängen 602, 604 und 606 von VAC-Main 326 gezeigt. An einem Punkt 1002, an dem VR 334 auf die Schwellenspannung 1000 fällt, schaltet ein Steuersignal 1004 (d.h. 344) von der Steuervorrichtung 304 den Eingangsstrom IPC 338 zu dem Schaltleistungswandler aus, indem der Leistungswandler 302 in den Stoppmodus gesetzt wird, um das Umschalten des Leistungsschalttransistors zu stoppen. Dies geschieht zu einer Stoppzeit (TStop ) 1006, die kleiner als eine Nulldurchgangszeit (TZero-crossing ) 1008 ist. An dem Punkt 1002 ist der gleichgerichtete Eingangsstrom IR 336 gleich einem Stoppstromwert (IStop ) 1010. Zu einem Zeitpunkt Tbegin nach dem TZero-crossing 1008 beginnt die Steuervorrichtung 304, den IPC 338 zu leiten, indem der Leistungswandler 302 in den Betriebsmodus gesetzt wird, um mit dem Umschalten des Leistungsschalttransistors zu beginnen. Es ist anzumerken, dass der Zeitpunkt Tbegin Teil der herkömmlichen EMI-Stromkompensation ist, die in Bezug auf 8 diskutiert wird. Da diese Verzögerung Tbegin und die Phasenverschiebung der Wellenform für den Eingangsstrom 338 zu dem Schaltleistungswandler herkömmlich ist, wird die Erzeugung der Verzögerung Tbegin und die Phasenverschiebung zum Formen des Eingangsstroms zu dem Schaltleistungswandler hier nicht im Detail diskutiert. An dem Zeitpunkt Tbegin nach dem Nulldurchgang 602 steigt die gleichgerichtete Eingangsspannung IR 336 aufgrund des Einschaltstroms von dem X-Kondensator CX 324 und/oder dem EMI-Kondensator CEMI 316 auf einen maximalen Einschaltstromwert (IInrush ) 1012 schnell an.
  • Es gibt eine Verzögerung T1 von dem Schwellendurchgang 1002 zu dem Nulldurchgang 602 aufgrund der Beendigung des Eingangsstroms für den Schaltleistungswandler. Ähnlich gibt es eine zweite Zeitperiode T2 von dem Zeitpunkt Tbegin bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Einschaltstromstörung für den gleichgerichteten Eingangsstrom 336 abgeklungen ist. Aus diesen Werten bestimmt die Steuervorrichtung 304 einen ersten Kerbbereichswert, der gleich Istop 1010 multipliziert mit T1 ist, und einen zweiten Kerbbereichswert, der gleich T2 multipliziert mit einer Differenz von IInrush 1012 und Istop 1010 ist. Sobald der erste Kerbbereichswert und der zweite Kerbbereichswert bestimmt sind, kann die Steuervorrichtung 304 den Schwellenwert basierend auf dem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und des zweiten Kerbbereichswerts anpassen.
  • In 11 ist eine erweiterte Ansicht der Diagramme von IAC-Main 328, der gleichgerichteten Eingangsspannung VR 334 und des gleichgerichteten Eingangsstroms IR 336 gezeigt, wobei die Kerben auf dem Diagramm von IAC-Main 328 gezeigt sind. Während eines anfänglichen Nulldurchgangs wird keine Schwellenspannung an die gleichgerichtete Eingangsspannung 334 angelegt. Bei einem zweiten Nulldurchgang wird eine relativ niedrige Schwellenspannung an die gleichgerichtete Eingangsspannung 334 angelegt. In Reaktion darauf ist ein erster Kerbbereichswert 1104 kleiner als ein zweiter Kerbbereichswert 1106. Um den PF und die THD zu verbessern, kann der anfängliche Schwellenwert auf einen angepassten Schwellenwert für einen dritten Nulldurchgang erhöht werden, um Energie besser zwischen den Kerbbereichen zu verteilen. Zum Beispiel wird durch richtiges Anpassen des angepassten Schwellenwerts die Verteilung von Energie verbessert, indem ein erster Kerbbereich 1108 vergrößert und ein zweiter Kerbbereich 1110 verringert wird.
  • In den 12A und 12B ist eine Darstellung eines Beispiels einer Implementierung für die Bewegung von zwei beispielhaften Kerben 1200 und 1202 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In diesem Beispiel wird der Schwellenwert angepasst, um die erste Kerbe 1200 von einer ersten Position, die die Hüllkurve 1204 von IAC-Main 328 überspannt, die nicht symmetrisch ist, zu einer besseren Position 1206 zu bewegen, die symmetrischer ist. Ähnlich wird der Schwellenwert auch angepasst, um die zweite Kerbe 1202 von einer ersten Position, die die Hüllkurve 1208 von IAC-Main 328 überspannt, die nicht symmetrisch ist, zu einer besseren Position 1210 zu bewegen, die symmetrischer ist.
  • Unter Bezugnahme auf 13 wird ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Implementierung des Verfahrens 1300 gezeigt, das von dem System 300, 400 oder 500 gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird. Das Verfahren 1300 umfasst ein Messen oder Erfassen 1302 der gleichgerichteten Eingangsspannung VR 334 und ein Vergleichen 1304 des erfassten Werts von VR 334 mit einer Schwellenspannung. Wenn der erfasste Wert von VR 334 größer als die Schwellenspannung ist, misst das Verfahren 1300 weiterhin 1302 VR 334 und der gemessene Wert wird erneut mit der Schwellenspannung verglichen 1304.
  • Wenn stattdessen VR 334 von einem Spitzenwert auf weniger als oder gleich der Schwellenspannung gefallen ist, setzt 1306 die Steuervorrichtung 304 den Leistungswandler 302 in den Stoppmodus, in dem der Leistungswandler 302 aufhört, den Leistungsschalter umzuschalten. Das Verfahren 1300 bestimmt dann 1308, ob die Zeit größer als die Tbegin-Zeit nachfolgend auf die Nulldurchgangszeit ist. Wenn die Zeit nicht größer als die Nulldurchgangszeit ist, hält die Steuervorrichtung 304 den Leistungswandler 302 in dem Stoppmodus und wiederholt Schritt 1308.
  • Wenn stattdessen die Verzögerung nach der Nulldurchgangszeit gleich dem gewünschten Wert T2 zur Kompensation ist, setzt die Steuervorrichtung 304 den Leistungswandler 302 in einen Betriebsmodus und der Leistungswandler 302 verwendet weiterhin IPC 338 und das Verfahren 1300 wird in Schritt 1302 wiederholt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf das System 500 ist anzumerken, dass es herkömmlich ist, dass ein Schaltleistungswandler den Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler messen kann. Zum Beispiel ist der Leistungsschalttransistor S1 typischerweise in Serie mit einem Erfassungswiderstand (nicht gezeigt), so dass die Steuervorrichtung 502 den Spitzenstrom durch den Leistungsschalttransistor S1 messen und somit den Eingangsstrom schätzen kann. Der gleichgerichtete Eingangsstrom hängt auch von dem EMI-Kondensator-Strom ab. In ähnlicher Weise hängt der AC-Netz-Eingangsstrom von dem EMI-Kondensator-Strom und dem X-Kondensator-Strom ab. Diese Ströme können jedoch basierend auf den Kapazitäten der entsprechenden Kondensatoren geschätzt werden. Die Steuervorrichtung 502 kann somit mit einem Speicher (nicht gezeigt) konfiguriert sein, der die Schätzung der Kondensator-Ströme speichern würde. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 502 den gleichgerichteten Eingangsstrom schätzen, indem sie nur den Eingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler misst.
  • Es sollte angemerkt werden, dass verschiedene Aspekte oder Details der Offenbarung geändert werden können, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Sie erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und begrenzt die beanspruchten Offenbarungen nicht auf die genaue offenbarte Form. Darüber hinaus ist die vorstehende Beschreibung nur zur Veranschaulichung und nicht zum Zweck einer Einschränkung gedacht. Modifikationen und Variationen sind im Hinblick auf die obige Beschreibung möglich oder können durch Ausübung der Offenbarung erworben werden. Die Ansprüche und ihre Äquivalente definieren den Umfang der Offenbarung. Obwohl die Techniken in einer Sprache beschrieben wurden, die für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifisch ist, ist offensichtlich, dass die beigefügten Ansprüche nicht notwendigerweise auf die beschriebenen Merkmale oder Handlungen beschränkt sind. Vielmehr werden die Merkmale und Handlungen als beispielhafte Implementierungen solcher Techniken beschrieben.
  • Darüber hinaus können, wie für Fachleute auf diesem Gebiet inzwischen offensichtlich ist und abhängig von der jeweiligen vorliegenden Anwendung, viele Modifikationen, Substitutionen und Variationen in und an den Materialien, Vorrichtungen, Konfigurationen und Verwendungsverfahren der Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung gemacht werden, ohne von deren Umfang abzuweichen. In Anbetracht dessen sollte der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf den der hier dargestellten und beschriebenen bestimmten Ausführungsbeispiele beschränkt sein, da sie lediglich einige Beispiele dafür sind, sondern vielmehr dem der beigefügten Ansprüche und ihrer funktionalen Äquivalente vollständig entsprechen.

Claims (16)

  1. Ein System für einen Schaltleistungswandler mit einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer AC-Netz-Spannung in eine gleichgerichtete Eingangsspannung, wobei die AC-Netz-Spannung eine Vielzahl von Halbzyklen hat und die gleichgerichtete Eingangsspannung einen Zyklus für jeden Halbzyklus der AC-Netz-Spannung hat, wobei das System aufweist: eine Steuervorrichtung; und einen Schwellendetektor, der konfiguriert ist zum Vergleichen der gleichgerichteten Eingangsspannung mit einer Schwellenspannung, um zu bestimmen, wann die gleichgerichtete Eingangsspannung kleiner als die Schwellenspannung ist, wobei für jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum Umschalten eines Leistungsschalters während eines regulären Betriebsmodus nach einem Ablauf einer ersten Verzögerung von einem Beginn des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung bis zu einer Bestimmung durch den Schwellendetektor, dass die gleichgerichtete Eingangsspannung von einer Spitze auf die Schwellenspannung an einem Stoppzeitpunkt abgefallen ist, wobei ein Spitzenstrom für jeden Zyklus des Leistungsschalters während des regulären Betriebsmodus in Reaktion auf eine phasenverschobene Version der gleichgerichteten Eingangsspannung ist, die durch die erste Verzögerung verzögert ist; wobei das System weiter umfasst einen Auto-Tuner; und einen Stromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen eines gleichgerichteten Eingangsstroms, der von dem Gleichrichter erzeugt wird; und wobei für jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung der Auto-Tuner konfiguriert ist zum: Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms an dem Stoppzeitpunkt; Bestimmen einer ersten Zeitperiode, die gleich einer Verzögerung zwischen dem Stoppzeitpunkt und einem Ende des Zyklus ist; Bestimmen eines Einschaltstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms bei einem Ablauf der ersten Verzögerung; Bestimmen eines ersten Produkts des Stoppstromwerts multipliziert mit der ersten Zeitperiode; Bestimmen eines zweiten Produkts der ersten Verzögerung multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts, und Anpassen der Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Produkts und des zweiten Produkts.
  2. Das System gemäß Anspruch 1, das weiter einen Spannungssensor umfasst, der konfiguriert ist zum Erfassen der gleichgerichteten Eingangsspannung.
  3. Das System gemäß Anspruch 2, wobei der Schwellendetektor Teil des Spannungssensors ist.
  4. Das System gemäß Anspruch 3, wobei der Stromsensor einen Erfassungswiderstand in Signalkommunikation mit dem Gleichrichter und einer Masse umfasst.
  5. Das System gemäß Anspruch 1, wobei der Einschaltstromwert durch einen Kapazitätswert eines EMI-Kondensators festgelegt ist.
  6. Das System gemäß Anspruch 1, wobei der Schaltleistungswandler ein Aufwärtswandler ist.
  7. Das System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei für jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung der Auto-Tuner konfiguriert ist zum: Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms an dem Stoppzeitpunkt; Bestimmen einer ersten Zeitperiode, die gleich einer Verzögerung zwischen dem Stoppzeitpunkt und einem Ende des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung ist; Bestimmen eines ersten Kerbbereichswerts, der gleich dem Stoppstromwert multipliziert mit der ersten Zeitperiode ist; und Anpassen der Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und eines vorgegebenen zweiten Werts.
  8. Das System gemäß Anspruch 7, wobei der Auto-Tuner Teil der Steuervorrichtung ist.
  9. Das System gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der vorgegebene zweite Wert durch einen Kapazitätswert eines EMI-Kondensators festgelegt ist.
  10. Das System gemäß einem vorherigen Anspruch, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist zum Setzen der Schwellenspannung in Reaktion auf einen Sicherungsspeicher.
  11. Das System gemäß einem vorherigen Anspruch, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist zum Setzen der Schwellenspannung in Reaktion auf einen Widerstand eines externen Widerstands.
  12. Verfahren für einen Schaltleistungswandler mit einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer AC-Netz-Spannung in eine gleichgerichtete Eingangsspannung, wobei die AC-Netz-Spannung eine Vielzahl von Halbzyklen hat und die gleichgerichtete Eingangsspannung einen Zyklus für jeden Halbzyklus der AC-Netz-Spannung hat, wobei das Verfahren aufweist: für jeden Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung: Schalten eines Leistungsschalttransistors in einen regulären Betriebsmodus nach einer ersten Verzögerung von einem Beginn des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung; Vergleichen der gleichgerichteten Eingangsspannung mit einer Schwellenspannung während des regulären Betriebsmodus; Setzen des Leistungswandlers in einen Stoppmodus, der den Leistungswandler daran hindert, den Leistungsschalttransistor in dem regulären Betriebsmodus umzuschalten, wenn die gemessene gleichgerichtete von einer Spitze während des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung auf die Schwellenspannung abgefallen ist, wobei ein Spitzeneingangsstrom zu dem Schaltleistungswandler für jeden Zyklus des Leistungsschalttransistors während des regulären Betriebsmodus in Reaktion auf eine verzögerte und phasenverschobene Version der gleichgerichteten Eingangsspannung ist, wobei die verzögerte und phasenverschobene Version der gleichgerichteten Eingangsspannung durch die erste Verzögerung verzögert ist; Erfassen und Messen eines gleichgerichteten Eingangsstroms, der von dem Gleichrichter erzeugt wird; Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms, wenn der Leistungswandler in den Stoppmodus gesetzt ist; Bestimmen einer ersten Zeitperiode, die gleich einer Zeit zwischen dem Stoppzeitpunkt und einem Ende des Zyklus ist; Bestimmen eines Einschaltstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms bei einem Ablauf der ersten Verzögerung; Bestimmen eines ersten Kerbbereichswerts, der gleich dem Stoppstromwert multipliziert mit der ersten Zeitperiode ist; Bestimmen eines zweiten Kerbbereichswerts, der gleich der ersten Verzögerung multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts ist; und Anpassen der Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und des zweiten Kerbbereichswerts.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Einschaltstromwert durch einen Kapazitätswert des EMI-Kondensators bestimmt wird.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Anpassen der Schwellenspannung basierend auf der Messung des gleichgerichteten Stroms umfasst Bestimmen eines Stoppstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms, wenn der Leistungswandler in den Stoppmodus gesetzt ist; Bestimmen einer ersten Zeitperiode, die gleich einer Zeit zwischen dem Stoppzeitpunkt und einem Ende des Zyklus der gleichgerichteten Eingangsspannung ist; Bestimmen eines Einschaltstromwerts des gleichgerichteten Eingangsstroms bei einem Ablauf der ersten Verzögerung; Bestimmen eines ersten Kerbbereichswerts, der gleich dem Stoppstromwert multipliziert mit der ersten Zeit ist, Bestimmen eines zweiten Kerbbereichswerts, der gleich einer vorgegebenen zweiten Zeitperiode multipliziert mit einer Differenz des Einschaltstromwerts und des Stoppstromwerts ist, und Anpassen der Schwellenspannung basierend auf einem Vergleich des ersten Kerbbereichswerts und des zweiten Kerbbereichswerts.
  15. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, das weiter aufweist: Lesen aus einem einmal programmierbaren Speicher zum Setzen der Schwellenspannung.
  16. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, das weiter aufweist: Programmieren des einmal programmierbaren Speichers mit einem Wert zum Setzen der Schwellenspannung.
DE102020209738.0A 2019-08-19 2020-08-03 System und verfahren zum verbessern von leistungsfaktor und thd eines schaltleistungswandlers Active DE102020209738B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/544,789 US10848056B1 (en) 2019-08-19 2019-08-19 System and method for improving power factor and THD of a switching power converter
US16/544,789 2019-08-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102020209738A1 DE102020209738A1 (de) 2021-02-25
DE102020209738B4 true DE102020209738B4 (de) 2021-07-29

Family

ID=73462214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020209738.0A Active DE102020209738B4 (de) 2019-08-19 2020-08-03 System und verfahren zum verbessern von leistungsfaktor und thd eines schaltleistungswandlers

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10848056B1 (de)
DE (1) DE102020209738B4 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070103947A1 (en) 2005-11-04 2007-05-10 Yasutaka Taguchi Power source apparatus
US20110157940A1 (en) 2009-12-28 2011-06-30 Nxp B.V. Power factor corrector with high power factor at low load or high mains voltage conditions
US8644041B2 (en) 2009-01-14 2014-02-04 Nxp B.V. PFC with high efficiency at low load
AT16263U1 (de) 2014-10-23 2019-05-15 Tridonic Gmbh & Co Kg PFC-Schaltung mit spannungsabhängiger Signalzuführung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6903536B2 (en) * 2003-11-12 2005-06-07 System General Corp. PFC-PWM controller having interleaved switching
TW200533048A (en) * 2004-03-30 2005-10-01 Richtek Techohnology Corp Control circuit and method for sectionwise adjusting conduction rate applicable in a power factor correction device
US8085563B2 (en) * 2009-02-12 2011-12-27 Polar Semiconductor, Inc. Protection and clamp circuit for power factor correction controller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070103947A1 (en) 2005-11-04 2007-05-10 Yasutaka Taguchi Power source apparatus
US8644041B2 (en) 2009-01-14 2014-02-04 Nxp B.V. PFC with high efficiency at low load
US20110157940A1 (en) 2009-12-28 2011-06-30 Nxp B.V. Power factor corrector with high power factor at low load or high mains voltage conditions
AT16263U1 (de) 2014-10-23 2019-05-15 Tridonic Gmbh & Co Kg PFC-Schaltung mit spannungsabhängiger Signalzuführung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
X. Liu, C. Hu, H. Yue, P. Lin, D. Xu and H. Pan, „High efficiency PFC with Enabling Window Control and active input bridge," 2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Fort Worth, TX, USA, 2011, Seiten 119-124
X., Liu. [et.al]:High efficiency PFC with Enabling Window Control and active input bridge.Conference Paper: 2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2011

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020209738A1 (de) 2021-02-25
US10848056B1 (en) 2020-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012007477B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines LLC-Resonanzwandlers für ein Leuchtmittel, Wandler und LED-Konverter
DE19511242B4 (de) Stromversorgungseinrichtung
DE112015003287B4 (de) Hysterese-Leistungssteuerverfahren für einstufige Leistungswandler
EP2740203B1 (de) Elektrische versorgungsvorrichtung mit leistungsfaktorkorrektur und anpassung des stromformsignal sowie verfahren zum betrieb
DE102010037246B4 (de) System und Verfahren zum Ausgleichen der Kleinsignalantwort von Spannungsreglern mit variablen Phasen
EP2483999B1 (de) Verfahren und schaltung zur ein-pin leistungsfaktor-korrektur
DE102013111386A1 (de) Aktive Leistungsfaktorkorrektor-Schaltung
DE112006002495T5 (de) Digitale Steuereinrichtung zur Leistungsfaktorkorrektur und diese aufweisende Wechselspannungs-zu-Gleichspannungsversorgung
DE102015113705A1 (de) Mixed-Mode-Leistungsfaktorkorrektur
DE102016117492A1 (de) Ausgangskapazitätsberechnung und -steuerung in einer Leistungsversorgung
EP3350911B1 (de) Pfc-modul für lückenden betrieb
DE102012005854B4 (de) Elektrische Versorgungsvorrichtung
DE102020209738B4 (de) System und verfahren zum verbessern von leistungsfaktor und thd eines schaltleistungswandlers
WO2015144394A1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben von halbleiterlichtquellen
AT17610U1 (de) Kompensierung eines Niederfrequenzrippels
BE1030661B1 (de) Technik zur stabilen Gleichspannungsversorgung
DE60107295T2 (de) Leistungsfaktorregler
DE102022115765A1 (de) Technik zur stabilen Gleichspannungsversorgung
DE202017004950U1 (de) Einstufiger Leistungswandler mit Leistungsfaktorkorrektur
DE19505417A1 (de) Schaltnetzteil, insbesondere PFC-bewerteter Tief-/Hochsetzsteller
DE102014200437A1 (de) Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere LEDs
EP3095302B1 (de) Treiberschaltung für leuchtmittel, insbesondere leds
WO2012083328A1 (de) Betriebsgerät und verfahren zum betrieb von gasentladungslampen
DE102011084773A1 (de) Netzgeführter, transformatorfreier Wechselrichter, Verfahren zum Betreiben des Wechselrichters und Photovoltaikanlage
DE102020209739A1 (de) Schaltleistungswandler mit verbesserter leistungsfaktorkorrektur über rückkopplungssignalmittelung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final