DE102021214676A1 - Flyback converter device with two switching elements and method for operating the flyback converter device - Google Patents

Flyback converter device with two switching elements and method for operating the flyback converter device Download PDF

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    • H02M3/33523Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop

Abstract

Sperrwandler sind als Gleichspannungswandler ausgebildet und dienen zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite galvanisch getrennter Gleichspannungen.Es wird eine Sperrwandlervorrichtung 1 vorgeschlagen mit einer Eingangseinrichtung 4, mit einer Ausgangseinrichtung 8, mit einer Hauptübertragungseinrichtung 11, wobei die Hauptübertragungseinrichtung 11 eine Haupteingangsspule 12 und eine Hauptausgangsspule 13 aufweist, wobei die Sperrwandlervorrichtung 1 ausgebildet ist, in einer Leitphase die Hauptübertragungseinrichtung 11 durch die Eingangseinrichtung 4 aufzuladen und in einer Sperrphase die Hauptübertragungseinrichtung 4 über die Ausgangseinrichtung 8 zu entladen, mit einem Low-Side-Schaltelement 19, wobei das Low-Side-Schaltelement 19 zwischen der Hauptübertragungseinrichtung 11 und einer Masse 7 angeordnet ist, und mit einer Prüfeinrichtung 14, wobei die Prüfeinrichtung 14 einen Testausgang 15 zur Bereitstellung einer Testspannung aufweist, wobei die Sperrwandlervorrichtung 1 ausgebildet ist, so dass in der Sperrphase die Prüfeinrichtung 14 mit der Haupteingangsspule 12 leitend verbunden ist, um die Hauptübertragungseinrichtung 11 zumindest teilweise in die Prüfeinrichtung 14 zu entladen und die Testspannung bereitzustellen.Flyback converters are designed as DC voltage converters and are used to transmit electrical energy between an input side and an output side of galvanically isolated DC voltages. A flyback converter device 1 is proposed with an input device 4, with an output device 8, with a main transmission device 11, with the main transmission device 11 having a main input coil 12 and has a main output coil 13, wherein the flyback converter device 1 is designed to charge the main transmission device 11 through the input device 4 in a conduction phase and to discharge the main transmission device 4 via the output device 8 in a blocking phase, with a low-side switching element 19, the low Side switching element 19 is arranged between the main transmission device 11 and a ground 7, and with a test device 14, the test device 14 having a test output 15 for providing a test voltage, the flyback converter device 1 being designed so that in the blocking phase the test device 14 with the main input coil 12 is conductively connected in order to at least partially discharge the main transmission device 11 into the test device 14 and to provide the test voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sperrwandlervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der Sperrwandlervorrichtung.The invention relates to a flyback converter device having the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for operating the flyback converter device.

Sperrwandler sind als Gleichspannungswandler ausgebildet und dienen zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite galvanisch getrennter Gleichspannungen. Nachdem die galvanische Trennung ein wichtiger Aspekt bei den Sperrwandlern ist, muss für die Prüfung der Spannung auf der Ausgangsseite mit dem Ziel der Kontrolle der Eingangsseite ebenfalls eine galvanische Trennung vorgesehen waren.Flyback converters are designed as DC converters and are used to transmit electrical energy between an input side and an output side of galvanically isolated DC voltages. Since galvanic isolation is an important aspect of flyback converters, galvanic isolation must also be provided for testing the voltage on the output side with the aim of checking the input side.

Aus der Literatur ist es zum einen bekannt, entsprechende Messdaten von der Ausgangsseite über einen Opto-Koppler an die Eingangsseite zu übertragen.On the one hand, it is known from the literature to transmit corresponding measurement data from the output side to the input side via an optocoupler.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und robuste Möglichkeit zur Kontrolle einer Eingangsseite von einem Sperrwandler vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch eine Sperrwandlervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben der Sperrwandlervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. In der Beschreibung sowie den Unteransprüchen werden weitere Vorteile, Wirkungen und Merkmale sowie Ausführungsbeispiele offenbart.It is an object of the invention to propose a simple and robust way of controlling an input side of a flyback converter. This object is achieved by a flyback converter device having the features of claim 1 and by a method for operating the flyback converter device having the features of claim 10 . Further advantages, effects and features as well as exemplary embodiments are disclosed in the description and in the dependent claims.

Die Erfindung betrifft damit eine Sperrwandlervorrichtung, wobei die Sperrwandlervorrichtung auch als Hoch-Tiefsetzstelle oder im Englisch als Flyback Converter bezeichnet werden kann. Der Sperrwandler ist insbesondere als ein Gleichspannungswandler ausgebildet.The invention thus relates to a flyback converter device, in which case the flyback converter device can also be referred to as a buck/boost point or in English as a flyback converter. The flyback converter is designed in particular as a DC voltage converter.

Die Sperrwandlervorrichtung weist eine Eingangseinrichtung auf, wobei die Eingangseinrichtung als eine erste Teilschaltung ausgebildet ist und eine Eingangsseite bildet. Die Eingangseinrichtung weist einen Spannungseingang zur Übernahme von einer Versorgungsspannung auf. Die Versorgungsspannung ist insbesondere als eine Gleichspannung ausgebildet. Bevorzugt ist ein Anschluss des Spannungseingangs mit einem Pluspol, ein anderer Anschluss des Spannungseingangs ist mit Masse verbunden und/oder verbindbar.The flyback converter device has an input device, the input device being designed as a first sub-circuit and forming an input side. The input device has a voltage input for accepting a supply voltage. The supply voltage is in particular in the form of a direct voltage. One connection of the voltage input is preferably connected to a positive pole, and another connection of the voltage input is and/or can be connected to ground.

Die Sperrwandlervorrichtung weist eine Ausgangseinrichtung auf, wobei die Ausgangseinrichtung als eine zweite Teilschaltung ausgebildet ist und eine Ausgangsseite bildet. Die Ausgangseinrichtung weist einen Spannungsausgang zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung auf. Der Spannungsausgang weist einen ersten Anschluss auf, wobei an dem ersten Anschluss eine positive Spannung ausgegeben wird und einen zweiten Anschluss auf, wobei an dem zweiten Anschluss eine zweite Masse vorliegt, welche galvanisch zu der Masse der Eingangseinrichtung ausgebildet ist. Die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung sind insbesondere galvanisch getrennte Gleichspannungen. Es ist vorgesehen, dass die Eingangseinrichtung und die Ausgangseinrichtung galvanisch voneinander getrennt ausgebildet sind.The flyback converter device has an output device, the output device being designed as a second sub-circuit and forming an output side. The output device has a voltage output for providing an output voltage. The voltage output has a first connection, with a positive voltage being output at the first connection, and a second connection, with a second ground being present at the second connection, which is formed galvanically with respect to the ground of the input device. The output voltage and the input voltage are, in particular, galvanically isolated direct voltages. Provision is made for the input device and the output device to be designed to be electrically isolated from one another.

Die Sperrwandlervorrichtung weist eine Hauptübertragungseinrichtung auf, wobei die Hauptübertragungseinrichtung eine Haupteingangsspule und eine Hauptausgangsspule umfasst. Die Haupteingangsspule ist mit der Eingangseinrichtung, die Hauptausgangsspule mit der Ausgangseinrichtung verschaltet. Die Haupteingangsspule und die Hauptausgangsspule sind bevorzugt miteinander magnetisch gekoppelt und/oder koppelbar. In der Hauptübertragungseinrichtung kann ein Magnetfeld zwischengespeichert werden und/oder eine magnetische Spannung aufgebaut werden. Bevorzugt weist die Hauptübertragungseinrichtung mindestens einen Kern auf, wobei der Kern einen Luftspalt aufweist.The flyback converter device has a main transmission device, the main transmission device comprising a main input coil and a main output coil. The main input coil is connected to the input device and the main output coil is connected to the output device. The main input coil and the main output coil are preferably magnetically coupled and/or can be coupled to one another. A magnetic field can be temporarily stored in the main transmission device and/or a magnetic voltage can be built up. The main transmission device preferably has at least one core, the core having an air gap.

Die Sperrwandlervorrichtung ist ausgebildet, in einer Leitphase, wobei die Versorgungsspannung an der Haupteingangsspule anliegt und ein anderes Ende der Haupteingangsspule mit der Masse verbunden ist, die Hauptübertragungseinrichtung durch die Eingangseinrichtung aufzuladen. Insbesondere baut sich in der Hauptübertragungseinrichtung, insbesondere in dem Luftspalt, eine magnetische Spannung auf.The flyback converter device is configured to charge the main transmission device through the input device in a conducting phase, with the supply voltage being applied to the main input coil and another end of the main input coil being connected to ground. In particular, a magnetic tension builds up in the main transmission device, in particular in the air gap.

In einer Sperrphase, wobei die Haupteingangsspule von der Masse getrennt ist, wird die Hauptübertragungseinrichtung über die Ausgangseinrichtung entladen. Während der Sperrphase erfolgt somit ein Übertrag von Energie von der Eingangseinrichtung über die Hauptübertragungseinrichtung auf die Ausgangseinrichtung.In an off phase, with the main input coil isolated from ground, the main transmission device is discharged through the output device. During the blocking phase, energy is therefore transferred from the input device via the main transmission device to the output device.

Die Sperrwandlervorrichtung weist ein Low-Side-Schaltelement auf, wobei das Low-Side-Schaltelement seriell zu der Haupteingangsspule angeordnet und ausgebildet ist, die Haupteingangsspule auf Masse zu schalten. Beispielsweise ist das Schaltelement als ein Mosfet ausgebildet. Durch das Low-Side-Schaltelement kann die Eingangseinrichtung zwischen der Leitphase und der Sperrphase umgeschaltet werden.The flyback converter device has a low-side switching element, the low-side switching element being arranged and configured in series with the main input coil, the main input coil being grounded to switch. For example, the switching element is designed as a mosfet. The input device can be switched between the conducting phase and the blocking phase by the low-side switching element.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sperrwandlervorrichtung eine Prüfeinrichtung aufweist, wobei die Prüfeinrichtung insbesondere als eine dritte Teilschaltung ausgebildet ist. Die Prüfeinrichtung weist einen Testausgang zur Bereitstellung einer Testspannung auf. Die Prüfeinrichtung ist bevorzugt mit der Eingangseinrichtung galvanisch verbunden und/oder von der Ausgangseinrichtung galvanisch getrennt.In the context of the invention, it is proposed that the flyback converter device has a test device, with the test device being designed in particular as a third sub-circuit. The testing device has a test output for providing a test voltage. The testing device is preferably electrically connected to the input device and/or electrically isolated from the output device.

Die Sperrwandlervorrichtung ist ausgebildet, in der Sperrphase die Prüfeinrichtung mit der Haupteingangsspule leitend zu verbinden, um die Hauptübertragungseinrichtung zumindest teilweise in die Prüfeinrichtung zu entladen und die Testspannung bereitzustellen. Somit wird die in der Hauptübertragungseinrichtung gespeicherte Energie vorzugsweise größtenteils auf die Ausgangseinrichtung übertragen, jedoch zumindest teilweise auch auf die Prüfeinrichtung übergeleitet, so dass diese eine Testspannung bereitstellen kann, welche ein Relativwert für die Ausgangsspannung der Ausgangseinrichtung ist. Die Testspannung entspricht der Ausgangsspannung oder ist z.B. nach einem Spannungsteiler proportional zu dieser oder ist zumindest äquivalent dazu, so dass über eine Messung der Testspannung auf die Ausgangsspannung zurückgeschlossen werden kann. Insbesondere ist die Sperrwandlervorrichtung ausgebildet, die Prüfeinrichtung in der Leitphase von der Hauptübertragungseinrichtung zu trennen.The flyback converter device is designed to conductively connect the test device to the main input coil in the blocking phase in order to at least partially discharge the main transmission device into the test device and to provide the test voltage. Thus, the energy stored in the main transmission device is preferably largely transferred to the output device, but at least partially also transferred to the test device, so that it can provide a test voltage which is a relative value for the output voltage of the output device. The test voltage corresponds to the output voltage or is e.g. proportional to it after a voltage divider or is at least equivalent to it, so that conclusions can be drawn about the output voltage by measuring the test voltage. In particular, the flyback converter device is designed to separate the testing device from the main transmission device in the conducting phase.

Es ist somit ein Vorteil der Erfindung, dass durch die Prüfeinrichtung die Testspannung als eine Referenzspannung zu der Ausgangsspannung bereitgestellt werden kann, wobei die Prüfeinrichtung von der Eingangseinrichtung nicht galvanisch getrennt sein muss. Somit kann diese Testspannung gemessen werden und zwar ohne Zwischenschaltung von einem Opto-Koppler oder einem ähnlichen galvanisch-isolierenden Element. Damit kann durch die Erfindung auf einen derartigen Opto-Koppler verzichtet werden und trotzdem eine verlässliche Führungsgröße zur Kontrolle der Eingangseinrichtung bereitgestellt werden. Eine derartige Führungsgröße ist notwendig, da ohne Kontrolle der Eingangseinrichtung in einem lastfreien Zustand der Ausgangseinrichtung die Spannung an der Ausgangseinrichtung unkontrolliert ansteigen würde.It is therefore an advantage of the invention that the test device can provide the test voltage as a reference voltage for the output voltage, with the test device not having to be electrically isolated from the input device. Thus, this test voltage can be measured without the interposition of an opto-coupler or a similar galvanically isolating element. The invention means that such an optocoupler can be dispensed with and a reliable reference variable for controlling the input device can nevertheless be provided. Such a command variable is necessary because without control of the input device, the voltage at the output device would rise in an uncontrolled manner when the output device was in a load-free state.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Sperrwandlervorrichtung eine Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Eingangseinrichtung auf. Es ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung die Eingangseinrichtung auf Basis der Testspannung kontrolliert. Insbesondere bildet die Testspannung eine oder die Führungsgröße für die Kontrolleinrichtung.In a preferred development of the invention, the flyback converter device has a control device for controlling the input device. Provision is made for the control device to control the input device on the basis of the test voltage. In particular, the test voltage forms one or the reference variable for the control device.

Die Sperrwandlervorrichtung ist bevorzugt so umgesetzt, dass die unbelastete Ausgangsspannung gleich der Testspannung ist, so dass der Wert der Testspannung statt dem eigentlichen Wert der Ausgangsspannung ohne Änderung übernommen werden kann.The flyback converter device is preferably implemented in such a way that the no-load output voltage is equal to the test voltage, so that the value of the test voltage can be accepted without change instead of the actual value of the output voltage.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Sperrwandlervorrichtung ein High-Side-Schaltelement auf, wobei das High-Side-Schaltelement zwischen dem Spannungseingang und der Hauptübertragungseinrichtung, insbesondere der Haupteingangsspule, angeordnet ist. Das High-Side-Schaltelement hat die Funktion, während der Sperrphase, die Hauptübertragungseinrichtung, insbesondere die Haupteingangsspule, von dem Spannungseingang zu trennen, so dass während der Sperrphase keine Energie in die Hauptübertragungseinrichtung nachgeliefert werden kann. Somit wird die in der Hauptübertragungseinrichtung gespeicherte Energie auf die Ausgangseinrichtung und die Prüfeinrichtung verteilt werden, wobei durch den Anteil der auf die Prüfeinrichtung verteilte Energie die Testspannung vorgegeben ist. Insbesondere wird durch die Trennung sichergestellt, dass die Ausgangsspannung und die Testspannung gleich oder zumindest äquivalent sind.In a preferred development of the invention, the flyback converter device has a high-side switching element, with the high-side switching element being arranged between the voltage input and the main transmission device, in particular the main input coil. The high-side switching element has the function of separating the main transmission device, in particular the main input coil, from the voltage input during the blocking phase, so that no energy can be subsequently supplied to the main transmission device during the blocking phase. The energy stored in the main transmission device is thus distributed to the output device and the test device, the test voltage being predetermined by the proportion of the energy distributed to the test device. In particular, the separation ensures that the output voltage and the test voltage are the same or at least equivalent.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sperrwandlervorrichtung einen Sperrentladezweig auf. Der Sperrentladungszweig verbindet die Masse mit dem Eingang zu der Haupteingangsspule. In dem Sperrentladungszweig ist eine Sperrentladediodeneinrichtung angeordnet, wobei die Sperrentladediodeneinrichtung in Durchflussrichtung zu dem Eingang gerichtet ist. Über den Sperrentladungszweig wird es ermöglicht, dass ein Ausgleichsstrom an dem Eingang der Haupteingangsspule anliegt, so dass eine Umladung der Energie von der Hauptübertragungseinrichtung zu der Ausgangseinrichtung und/oder zu der Prüfeinrichtung erfolgen kann.In a further preferred configuration of the invention, the flyback converter device has a flyback discharge branch. The reverse discharge path connects ground to the input to the main input coil. A reverse discharge diode device is arranged in the reverse discharge branch, the reverse discharge diode device being directed in the flow direction toward the input. The blocking discharge branch makes it possible for a compensating current to be present at the input of the main input coil, so that the energy can be recharged from the main transmission device to the output device and/or to the test device.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Kontrolleinrichtung ein PWM-Modul zur Steuerung des mindestens einen Schaltelements, insbesondere des Low-Side-Schaltelements und/oder des High-Side-Schaltelements, auf. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem High-Signal des PWM-Ausgangs das jeweilige Schaltelement geschlossen und die Haupteingangsspule mit der Masse und mit dem Spannungseingang verbunden ist und bei einem Low-Signal des PWM-Ausgangs das jeweilige Schaltelement geöffnet ist, so dass die Haupteingangsspule von der Masse und dem Spannungseingang getrennt ist. Es ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung des PWM-Modul auf Basis der Testspannung kontrolliert, insbesondere steuert und/oder regelt. Beispielsweise kann eine Frequenz oder ein Duty-Cycle als Stellgröße angepasst werden.In a preferred development of the invention, the control device has a PWM module for controlling the at least one switching element, in particular the low-side switching element and/or the high-side switching element. For example, it can be provided that with a high signal of the PWM output, the respective switching element is closed and the main input coil is connected to ground and to the voltage input, and if the PWM output has a low signal, the respective switching element is open, so that the main input coil is isolated from ground and the voltage input. It is provided that the control device controls the PWM module on the basis of the test voltage, in particular controls and/or regulates it. For example, a frequency or a duty cycle can be adjusted as a manipulated variable.

In einer schaltungstechnischen Weiterbildung der Erfindung weist die Ausgangseinrichtung eine Hauptspeicherkapazität auf, welche schaltungstechnisch parallel zu der Hauptausgangsspule angeordnet ist. Ferner weist die Ausgangseinrichtung eine Hauptdiodeneinrichtung auf, wobei die Hauptdiodeneinrichtung zwischen der Hauptspeicherkapazität und dem Spannungsausgang angeordnet ist.In a further development of the invention in terms of circuitry, the output device has a main storage capacitance which is arranged in parallel with the main output coil in terms of circuitry. Furthermore, the output device has a main diode device, the main diode device being arranged between the main storage capacitance and the voltage output.

Alternativ oder ergänzend weist die Prüfeinrichtung eine Prüfspeicherkapazität auf, wobei die Prüfspeicherkapazität schaltungstechnisch parallel zu der angeordnet ist. Ferner weist die Prüfeinrichtung eine Prüfdiodeneinrichtung auf, wobei die Prüfdiodeneinrichtung zwischen der Hilfsausgangsspule und dem Testausgang für die Testspannung angeordnet ist. Die Energie aus der Hauptübertragungseinrichtung wird auf die Hauptspeicherkapazität und/oder Prüfspeicherkapazität umgeladen. Insbesondere wird in der Leitphase die Prüfeinrichtung durch die Prüfdiodeneinrichtung von der Haupteingangsspule getrennt.Alternatively or additionally, the test device has a test storage capacity, with the test storage capacity being arranged in parallel with the circuitry. Furthermore, the test device has a test diode device, the test diode device being arranged between the auxiliary output coil and the test output for the test voltage. The energy from the main transmission device is transferred to the main storage capacity and/or test storage capacity. In particular, in the conduction phase, the test device is separated from the main input coil by the test diode device.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sperrwandlervorrichtung, insbesondere die Prüfeinrichtung, einen Hilfswiderstand auf, wobei der Hilfswiderstand parallel zu der Prüfspeicherkapazität angeordnet ist. Der Hilfswiderstand bildet insbesondere eine konstante Last in der Prüfeinrichtung. In der Ausgangseinrichtung liegt dagegen am Spannungsausgang eine variable Last vor. Trotzdem bildet die Testspannung einen Referenzwert für die Ausgangsspannung, da die Energie aus der Hauptübertragungseinrichtung stets auf die Ausgangseinrichtung Prüfeinrichtung verteilt wird, so dass bei einer größeren Last an der Ausgangseinrichtung zugleich mehr Energie in die Ausgangseinrichtung und weniger Energie in die Prüfeinrichtung übertragen wird.In a further development of the invention, the flyback converter device, in particular the test device, has an auxiliary resistor, the auxiliary resistor being arranged in parallel with the test storage capacitance. In particular, the auxiliary resistance forms a constant load in the test device. In the output device, on the other hand, there is a variable load at the voltage output. Nevertheless, the test voltage forms a reference value for the output voltage, since the energy from the main transmission device is always distributed to the output device test device, so that with a larger load on the output device, more energy is transmitted to the output device and less energy to the test device.

Die Sperrwandlervorrichtung kann sowohl im continuous conduction mode (CCM) als auch im discontinuous conduction mode (DCM) betrieben werden.The flyback converter device can be operated both in continuous conduction mode (CCM) and in discontinuous conduction mode (DCM).

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben der Sperrwandlervorrichtung wie diese zuvor beschrieben wurde, wobei in einer Leitphase die Hauptübertragungseinrichtung durch die Eingangseinrichtung aufgeladen wird und in einer Sperrphase sich die Hauptübertragungseinrichtung über die Ausgangseinrichtung und die Prüfeinrichtung entlädt, so dass in der Prüfeinrichtung die Testspannung bereitgestellt ist.Another subject matter of the invention relates to a method for operating the flyback converter device as described above, with the main transmission device being charged by the input device in a conducting phase and the main transmission device being discharged via the output device and the test device in a blocking phase, so that in the test device the Test voltage is provided.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:

  • 1 ein schematisches Schaltbild von einer Sperrwandlervorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 die Sperrwandlervorrichtung in der 1 während einer Leitphase;
  • 3 die Sperrwandlervorrichtung in der 1 während einer Sperrphase mit Stromfluss;
  • 4 die Sperrwandlervorrichtung in der 1 während der Sperrphase ohne Stromfluss;
  • 5 ein schematisches Schaltbild von einem Simulationsmodell der Sperrwandlervorrichtung;
  • 6 Signalverläufe aus dem Simulationsmodell der 5;
  • 7 Signalverläufe aus dem Simulationsmodell der 5.
Further features, advantages and effects of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention and the attached figures. These show:
  • 1 a schematic circuit diagram of a flyback converter device as an embodiment of the invention;
  • 2 the flyback device in the 1 during a lead phase;
  • 3 the flyback device in the 1 during a blocking phase with current flow;
  • 4 the flyback device in the 1 during the blocking phase without current flow;
  • 5 a schematic circuit diagram of a simulation model of the flyback converter device;
  • 6 Signal curves from the simulation model 5 ;
  • 7 Signal curves from the simulation model 5 .

Die 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Sperrwandlervorrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Sperrwandlervorrichtung 1 hat die Funktion ausgehend von einer Versorgungsspannung Vin an einem Spannungseingang 2 eine Ausgangsspannung Vout an einem Spannungsausgang 3 bereitzustellen. Die Eingangsspannung 2 und die Ausgangsspannung 3 sind voneinander galvanisch getrennt.The 1 shows a schematic circuit diagram of a flyback converter device 1 as an embodiment of the invention. The flyback converter device 1 has the function of providing an output voltage Vout at a voltage output 3 starting from a supply voltage Vin at a voltage input 2 . The input voltage 2 and the output voltage 3 are electrically isolated from each other.

Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist eine Eingangseinrichtung 4 auf, wobei die Eingangseinrichtung 4 den Spannungseingang 2 umfasst, welcher mit einer Spannungsquelle 5 verbunden ist. Der Spannungseingang 2 weist einen ersten Eingang mit einem Pluspol 6 auf sowie einen zweiten Eingang, welcher eine Masse 7 bildet.The flyback converter device 1 has an input device 4 , the input device 4 including the voltage input 2 which is connected to a voltage source 5 . The tension one Gang 2 has a first input with a positive pole 6 and a second input which forms a ground 7 .

Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist ferner eine Ausgangseinrichtung 8 auf, wobei die Ausgangseinrichtung 8 dem Spannungsausgang 3 zur Bereitstellung der Ausgangsspannung Vout aufweist. Der Spannungsausgang 3 weist einen zweiten Pluspol 9 sowie eine zweite Masse 10 (Ground) auf, welche jedoch galvanisch von der ersten Masse 7 getrennt ist.The flyback converter device 1 also has an output device 8, the output device 8 having the voltage output 3 for providing the output voltage Vout. The voltage output 3 has a second positive pole 9 and a second ground 10 (ground), which, however, is electrically isolated from the first ground 7 .

Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist eine Hauptübertragungseinrichtung 11 auf, wobei die Hauptübertragungseinrichtung 11 eine Haupteingangsspule 12 sowie eine Hauptausgangsspule 13 aufweist. Die Haupteingangsspule 12 ist schaltungstechnisch mit der Eingangseinrichtung 4 verbunden, die Hauptausgangsspule 13 ist schaltungstechnisch mit der Ausgangseinrichtung 8 verbunden. Die beiden Spulen 12, 13 sind ähnlich wie bei einem Transformator zueinander angeordnet. Beispielsweise sind die Spulen 12, 13 parallel zueinander angeordnet, wobei jedoch ein Luftspalt in einem Kern vorhanden ist, um ein Magnetfeld zu speichern und/oder eine magnetische Spannung aufzubauen.The flyback converter device 1 has a main transmission device 11 , the main transmission device 11 having a main input coil 12 and a main output coil 13 . The main input coil 12 is connected to the input device 4 in terms of circuitry, and the main output coil 13 is connected to the output device 8 in terms of circuitry. The two coils 12, 13 are arranged in a manner similar to that of a transformer. For example, the coils 12, 13 are arranged parallel to one another, but with an air gap being present in a core in order to store a magnetic field and/or to build up a magnetic tension.

Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist eine Prüfeinrichtung 14 auf, wobei die Prüfeinrichtung 14 einen Testausgang 15 zur Bereitstellung einer Testspannung VFB aufweist. Die Prüfeinrichtung 14 ist mit der Ausgangsseite der Haupteingangsspule 12 sowie mit der Masse 7 verbunden.The flyback converter device 1 has a test device 14, the test device 14 having a test output 15 for providing a test voltage VFB. The testing device 14 is connected to the output side of the main input coil 12 and to the ground 7 .

Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist einen Sperrentladezweig 16 mit einer Sperrentladediodeneinrichtung 17, wobei der Sperrentladezweig 16 die Masse 7 mit der Eingangsseite der der Haupteingangsspule 12 verbindet. Die Durchlassrichtung der Sperrentladediodeneinrichtung 17 ist in Richtung der Haupteingangsspule 12 orientiert.The flyback converter device 1 has a reverse discharge path 16 with a reverse discharge diode device 17 , the reverse discharge path 16 connecting the ground 7 to the input side of the main input coil 12 . The conducting direction of the reverse discharge diode device 17 is oriented in the direction of the main input coil 12 .

Ferner weist die Sperrwandlervorrichtung 1, insbesondere die Eingangseinrichtung 4, ein High-Side-Schaltelement 18 sowie ein Low-Side-Schalelement 19 auf. DAS High-Side-Schaltelement 18 ist seriell zwischen dem Spannungseingang 2, insbesondere dem Pluspol 6, und der Eingangsseite der Haupteingangsspule 12 angeordnet. Das Low-Side-Schaltelement 19 seriell zu der Haupteingangsspule 12 zwischen deren Ausgangsseite und der Masse 7 angeordnet und ermöglicht es, die Haupteingangsspule 12 auf Masse 7 zu schalten.Furthermore, flyback converter device 1 , in particular input device 4 , has a high-side switching element 18 and a low-side switching element 19 . THE high-side switching element 18 is arranged in series between the voltage input 2, in particular the positive pole 6, and the input side of the main input coil 12. The low-side switching element 19 is arranged in series with the main input coil 12 between its output side and the ground 7 and makes it possible to switch the main input coil 12 to ground 7 .

Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist eine Kontrolleinrichtung 20 zur Kontrolle der Eingangseinrichtung 4, insbesondere von den Schaltelementen 18, 19 auf. Die Eingangseinrichtung 4 wird auf Basis der Testspannung VFB aus dem Testausgang 15 kontrolliert. Die Kontrolleinrichtung 20 umfasst insbesondere ein PWM-Modul 21 zur Kontrolle der Schaltelemente 18, 19 mit einem Schaltsignal. Insbesondere können die Schaltelemente 18, 19 durch Änderung der Frequenz und/oder des Duty Cycle des jeweiligen Schaltsignals kontrolliert, insbesondere ein- und ausgeschaltet, werden.The flyback converter device 1 has a control device 20 for controlling the input device 4, in particular the switching elements 18, 19. The input device 4 is controlled based on the test voltage VFB from the test output 15 . The control device 20 includes in particular a PWM module 21 for controlling the switching elements 18, 19 with a switching signal. In particular, the switching elements 18, 19 can be controlled, in particular switched on and off, by changing the frequency and/or the duty cycle of the respective switching signal.

Die Ausgangseinrichtung 8 weist eine Hauptspeicherkapazität 22 auf, wobei die Hauptspeicherkapazität 22 schaltungstechnisch parallel zu der Hauptausgangsspule 13 angeordnet ist. Die Hauptspeicherkapazität 22 hat die Aufgabe, ein Umladen von Energie aus der Hauptübertragungseinrichtung 11 zu ermöglichen und die Ausgangsspannung Vout an dem Spannungsausgang 3 konstant zu halten und speichert Energie zwischen. Ferner weist die Ausgangseinrichtung 8 eine Hauptdiodeneinrichtung 23 auf, wobei die Hauptdiodeneinrichtung 23 zwischen der Hauptausgangsspule 13 und dem Pluspol 9 angeordnet ist, so dass Strom von der Hauptausgangsspule 13 zu dem Spannungsausgang 3 fließen kann, jedoch die Gegenrichtung gesperrt ist.The output device 8 has a main storage capacitance 22, the main storage capacitance 22 being arranged in parallel with the main output coil 13 in terms of circuitry. The task of the main storage capacity 22 is to allow energy to be reloaded from the main transmission device 11 and to keep the output voltage Vout at the voltage output 3 constant and temporarily stores energy. Furthermore, the output device 8 has a main diode device 23, the main diode device 23 being arranged between the main output coil 13 and the positive pole 9, so that current can flow from the main output coil 13 to the voltage output 3, but the opposite direction is blocked.

Die Prüfeinrichtung 14 weist eine Prüfspeicherkapazität 24 auf, wobei die Prüfspeicherkapazität 24 zwischen der Eingangsseite der Haupteingangsspule 12 und der Masse 7 angeordnet ist. Die Prüfspeicherkapazität 24 hat die Funktion, ein Umladen von Energie aus der Hauptübertragungseinrichtung 11 zu ermöglichen und die Testspannung VFB über die Zeit konstant zu halten. Ferner weist die Prüfeinrichtung 14 eine Prüfdiodeneinrichtung 25 auf, wobei die Prüfdiodeneinrichtung 25 zwischen der Ausgangsseite der Haupteingangsspule 12 und dem Testausgang 15 und/oder der Prüfspeicherkapazität 24 so verschaltet ist, dass Strom in Richtung des Testausgangs15 bzw. der Prüfspeicherkapazität 24 fließen kann, jedoch in Gegenrichtung gesperrt ist.The test device 14 has a test storage capacitance 24 , the test storage capacitance 24 being arranged between the input side of the main input coil 12 and the ground 7 . The function of the test storage capacity 24 is to allow energy to be reloaded from the main transmission device 11 and to keep the test voltage VFB constant over time. Furthermore, the test device 14 has a test diode device 25, the test diode device 25 being connected between the output side of the main input coil 12 and the test output 15 and/or the test storage capacitance 24 in such a way that current can flow in the direction of the test output 15 or the test storage capacitance 24, but in opposite direction is blocked.

Ferner weist die Prüfeinrichtung 14 noch einen Hilfswiderstand 26 auf, welcher schaltungstechnisch parallel zu der Prüfspeicherkapazität 24 angeordnet ist sowie einen Spannungsteiler 27 zum Abgriff des Testsignals VFB, wobei der Spannungsteiler 27 parallel zu dem Hilfswiderstand 26 und/oder der Prüfspeicherkapazität 24 geschalten ist. Das Testsignal VFB entspricht der Testspannung und wird als Führungsgröße zur Kontrolle der Eingangseinrichtung 4, insbesondere der Schaltelemente 18, 19, an die Kontrolleinrichtung 20 übergeben.Furthermore, the test device 14 also has an auxiliary resistor 26, which is arranged in parallel with the test memory capacitor 24 in terms of circuitry, and a voltage divider 27 for tapping off the test signal VFB, the voltage divider 27 being parallel to the auxiliary resistor 26 and/or the test memory capacitor capacity 24 is switched. The test signal VFB corresponds to the test voltage and is transferred to the control device 20 as a reference variable for checking the input device 4, in particular the switching elements 18, 19.

Die 2 zeigt die Sperrwandlervorrichtung 1 der 1 in einer Leitphase (Ton), wobei die Schaltelemente 18, 19 leitend gestellt sind und als durchgängige Linien gezeigt sind. Somit ist die Haupteingangsspule 12 eingangsseitig mit dem Spannungseingang 2, insbesondere dem Pluspol 6 verbunden und über einen weiteren Widerstand 28 mit der Masse 7 verbunden. In der Eingangseinrichtung 4 ergibt sich ein Stromfluss im Uhrzeigersinn, die Hauptübertragungseinrichtung 11 wird aufgeladen. Aufgrund der Stromrichtung ist die Sperrentladediodeneinrichtung 17 in einem Sperrzustand, so dass der Sperrentladungszweig 16 nicht-leitend ist und in der Darstellung weggelassen wurde. Auf die Ausgangseinrichtung 8 wird keine Energie übertragen, da die Hauptdiodeneinrichtung 23 einen entsprechenden Stromfluss verhindert. Aus der Hauptspeicherkapazität 22 wird der Spannungsausgang 3 mit der Ausgangsspannung versorgt. Es erfolgt ebenso kein Energieübertrag auf die Prüfeinrichtung 14, so dass die Prüfdiodeneinrichtung 25 in Sperrrichtung betrieben wird und in der Darstellung weggelassen wurde. Die Prüfspeicherkapazität 24 versorgt den Hilfswiderstand 26, so dass an dem Testausgang 15 die Testspannung anliegt.The 2 shows the flyback converter device 1 of FIG 1 in a conducting phase (Ton), the switching elements 18, 19 being rendered conductive and shown as solid lines. The main input coil 12 is thus connected on the input side to the voltage input 2 , in particular to the positive pole 6 , and is connected to ground 7 via a further resistor 28 . In the input device 4 there is a current flow in the clockwise direction, the main transmission device 11 is charged. Due to the direction of the current, the reverse discharge diode device 17 is in a blocking state, so that the reverse discharge branch 16 is non-conductive and has been omitted from the illustration. No energy is transferred to the output device 8 since the main diode device 23 prevents a corresponding flow of current. The voltage output 3 is supplied with the output voltage from the main storage capacity 22 . Likewise, there is no transfer of energy to the test device 14, so that the test diode device 25 is operated in the reverse direction and has been omitted from the illustration. The test storage capacity 24 supplies the auxiliary resistor 26 so that the test voltage is present at the test output 15 .

In der 3 ist die Sperrwandlervorrichtung 1 in einer Sperrphase (Toff, I>0) dargestellt, wobei die Schaltelemente 18, 19 die Verbindung der Haupteingangsspule 12 zu dem Spannungseingang 2 und zu der Masse 7 unterbrechen, so dass die Schaltelemente 18, 19 als Lücken dargestellt sind. Dagegen ist nun ein Stromfluss von der Hauptausgangsspule 13 zu dem Spannungsausgang 3 bzw. zu der Hauptspeicherkapazität 22 möglich sowie von der Ausgangsseite der Haupteingangsspule 12 zu dem Testausgang 25 bzw. der Prüfspeicherkapazität 24. Die Diodeneinrichtungen 23, 25 werden nun in Durchflussrichtung betrieben, so dass diese nicht mehr als Lücken, sondern als durchgängige Leitungen dargestellt sind. Die Sperrentladediodeneinrichtung 17 wird ebenfalls in Durchflussrichtung betrieben, so dass der Sperrentladungszweig 16 einen Entladungsstrom zu der Haupteingangsspule 12 übertragen kann. In der Sperrphase wird zum einen Energie von der Hauptübertragungseinrichtung 11 auf die Ausgangseinrichtung 8 und zum andern Energie von der Hauptübertragungseinrichtung 11, insbesondere der Haupteingangsspule 12, auf die Prüfeinrichtung 14 übertragen. Dabei erfolgt in der Ausgangseinrichtung 8 ein Stromfluss von der Hauptausgangsspule 13 auf die Hauptspeicherkapazität 22 bzw. zu dem Spannungsausgang 3 und/oder von der Haupteingangsspule 12 auf die Prüfspeicherkapazität 24 und/oder den Testausgang 15.In the 3 the flyback converter device 1 is shown in a blocking phase (Toff, I>0), the switching elements 18, 19 interrupting the connection of the main input coil 12 to the voltage input 2 and to the ground 7, so that the switching elements 18, 19 are shown as gaps. On the other hand, a current flow is now possible from the main output coil 13 to the voltage output 3 or to the main storage capacitance 22 and from the output side of the main input coil 12 to the test output 25 or the test storage capacitance 24. The diode devices 23, 25 are now operated in the flow direction, so that these are no longer shown as gaps but as continuous lines. The reverse discharge diode device 17 is also operated in the forward direction, so that the reverse discharge path 16 can transmit a discharge current to the main input coil 12 . In the blocking phase, energy is transmitted from the main transmission device 11 to the output device 8 and energy is transmitted from the main transmission device 11, in particular the main input coil 12, to the testing device 14. A current flow takes place in the output device 8 from the main output coil 13 to the main storage capacitor 22 or to the voltage output 3 and/or from the main input coil 12 to the test storage capacitor 24 and/or the test output 15.

Prinzipiell könnte aus dieser aus diesem Zustand in der 3, wieder in die Leitphase zurückgekehrt werden. Dies würde einem CCM-Mode entsprechen. Optional ergänzend wird die Sperrwandlervorrichtung 1 in der Sperrphase jedoch in einem DCM-Mode weitergeführt, wie dies in der 4 gezeigt ist (TOFF, I=0). Die Schaltelemente 18, 19 sind immer noch geöffnet. Jedoch ist der Stromfluss von der Hauptausgangsspule 13 zu dem Spannungsausgang 3 bzw. aus der Haupteingangsspule 12 zu dem Testausgang 15 beenden, so das, um ein Stromfluss in Gegenrichtung zu vermeiden, die Diodeneinrichtungen 17, 25 wieder in Sperrrichtung arbeiten, so dass diese wieder als Lücken in der Schaltung dargestellt sind. Der Stromfluss erfolgt dagegen von der Hauptspeicherkapazität 22 zu dem Spannungsausgang 3 bzw. von der Prüfspeicherkapazität 24 zu dem Testausgang 15.In principle, from this from this state in the 3 , be returned to the conducting phase. This would correspond to a CCM mode. Optionally, the flyback converter device 1 is continued in the blocking phase in a DCM mode, as is shown in FIG 4 is shown (TOFF, I=0). The switching elements 18, 19 are still open. However, the current flow from the main output coil 13 to the voltage output 3 or from the main input coil 12 to the test output 15 is terminated, so that, in order to avoid a current flow in the opposite direction, the diode devices 17, 25 work in the reverse direction again, so that they can again be used as a Gaps in the circuit are shown. In contrast, the current flow takes place from the main storage capacity 22 to the voltage output 3 or from the test storage capacity 24 to the test output 15.

Nach einer gewissen Zeit werden die Schaltelemente 18, 19 über die Ansteuerung durch das PWM-Modul 21 wieder geschlossen, so dass die Hauptübertragungseinrichtung 11 wieder geladen werden kann (1).After a certain time, the switching elements 18, 19 are closed again via the control by the PWM module 21, so that the main transmission device 11 can be charged again ( 1 ).

Simulierte Ausführungsbeispiele:Simulated examples:

Die 5 zeigt einem Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels der Sperrwandlervorrichtung 1. Die nachfolgende 6, zeigt die Signalverläufe aus der Simulation der Sperrwandlervorrichtung 1.The 5 shows a circuit diagram of a first embodiment of the flyback converter device 1. The following 6 , shows the signal curves from the simulation of the flyback converter device 1.

Die Simulationsparameter sind wie folgt:

  1. 1) Vinmin = 4.5V
  2. 2) Schaltfrequenz Fsw: 150kHz,
  3. 3) Vout :16V
  4. 4) Lp : 3.3uH (Hauptübertragungseinrichtung 11)
  5. 5) lout : 0 to 500mA
  6. 6) Betriebsart: DCM
The simulation parameters are as follows:
  1. 1) Vinmin = 4.5V
  2. 2) Switching frequency Fsw: 150kHz,
  3. 3) Vout :16V
  4. 4) Lp : 3.3uH (main transmission equipment 11)
  5. 5) out : 0 to 500mA
  6. 6) Operating mode: DCM

Die Signalverläufe zeigen: 6.1 Kontrollspannung 6.2 Laststrom 6.3 Eingangsspannung Vin 6.4 Ausgangsspannung am Spannungsausgang & Ausgangsspannung am Hilfswiderstand 26/ Prüfspeicherkapazität 24 The signal curves show: 6.1 control voltage 6.2 load current 6.3 input voltage Vin 6.4 Output voltage at the voltage output & output voltage at the auxiliary resistor 26/ test storage capacity 24

In dem Signalverlauf 7.4 ist zu erkennen, dass die Spannung in der Prüfeinrichtung 14 gleich der Spannung in der Ausgangseinrichtung 8 ist, so dass das Testsignal als Führungsgröße zur Kontrolle der Eingangseinrichtung 4 geeignet ist.It can be seen in signal curve 7.4 that the voltage in test device 14 is equal to the voltage in output device 8, so that the test signal is suitable as a reference variable for checking input device 4.

Die 7 zeigt Signalverläufe einer zweiten Simulation, wobei für die Hauptübertragungseinrichtung 11 ein Standardbauteil in Form einer selbsthaltenden Baugruppe 29 verwendet wurde.The 7 shows signal curves of a second simulation, a standard component in the form of a self-retaining assembly 29 being used for the main transmission device 11 .

Die Simulationsparameter sind wie folgt:

  1. 1) Vinmin = 4.5V
  2. 2) Schaltfrequenz Fsw: 150kHz,
  3. 3) Vout :16V
  4. 4) Part Number: MSD1260T-332ML;
  5. 5) lout : 0 to 500mA
  6. 6) Betriebsart: DCM
The simulation parameters are as follows:
  1. 1) Vinmin = 4.5V
  2. 2) Switching frequency Fsw: 150kHz,
  3. 3) Vout :16V
  4. 4) Part Number: MSD1260T-332ML;
  5. 5) out : 0 to 500mA
  6. 6) Operating mode: DCM

Baugruppe 29:

  • Core: MSD1260T-332ML
  • Type : SMT
  • Make: COILCRAFT
  • Lm: 3.3 ±20% uH
  • DCR : 0.02
  • Llk : 0.2uH
  • Isat: 11.5A
  • Irms: 3.6A
Assembly 29:
  • Core: MSD1260T-332ML
  • Type : SMT
  • Make: COILCRAFT
  • Lm: 3.3 ±20%uH
  • DCR : 0.02
  • Llk : 0.2uH
  • Isat: 11.5A
  • Irms: 3.6A

Die Signalverläufe zeigen: 7.1 Kontrollspannung 7.2 Laststrom 7.3 Eingangsspannung Vin 7.4 Ausgangsspannung am Spannungsausgang & Ausgangsspannung am Hilfswiderstand 26/ Prüfspeicherkapazität 24 The signal curves show: 7.1 control voltage 7.2 load current 7.3 input voltage Vin 7.4 Output voltage at the voltage output & output voltage at the Auxiliary resistance 26/ test storage capacity 24

Im unbelasteten Zustand ergibt sich eine Ausgangsspannung von 16.514 V, im belasteten Zustand 11,576 V. In dem Signalverlauf 8.4 ist zu erkennen, dass die Spannung in der Prüfeinrichtung 14 zumindest ausreichend ähnlich der Spannung in der Ausgangseinrichtung 8 ist, so dass das Testsignal als Führungsgröße zur Kontrolle der Eingangseinrichtung 4 geeignet ist.In the unloaded state, there is an output voltage of 16,514 V, in the loaded state 11.576 V. In the signal curve 8.4 it can be seen that the voltage in the test device 14 is at least sufficiently similar to the voltage in the output device 8, so that the test signal can be used as a reference variable for Control of the input device 4 is suitable.

Die Vorteile der Sperrwandlervorrichtung sind:

  • - kein Optokoppler
  • - Verwendung von Off-the-Shelf-Baugruppe 29 ist möglich
  • - mechanisch robustes Design
  • - hohe Lebensdauer (verglichen mit der begrenzten Lebenszeit von einem Optokoppler)
  • - kann über einen weiteren Spannungsbereich wie z.B. 4.5 V... 70 V arbeiten
  • - das PWM-Modul kann unspezifisch gewählt werden
  • - schematisch ähnlich zu konventionellen Sperrwandlern
  • - Gute Regulierung, da die Kontrolleinrichtung 20 in einem Strom-Mode ist.
The advantages of the flyback converter device are:
  • - no optocoupler
  • - Use of off-the-shelf assembly 29 is possible
  • - Mechanically robust design
  • - long lifetime (compared to the limited lifetime of an optocoupler)
  • - Can operate over a wider voltage range such as 4.5V...70V
  • - the PWM module can be selected unspecifically
  • - Schematically similar to conventional flyback converters
  • - Good regulation since the controller 20 is in a current mode.

BezugszeichenlisteReference List

11
Sperrwandlervorrichtungflyback device
22
Spannungseingangvoltage input
33
Spannungsausgangvoltage output
44
Eingangseinrichtungentrance facility
55
Spannungsquellevoltage source
66
Pluspolpositive pole
77
MasseDimensions
88th
Ausgangseinrichtungexit facility
99
zweiter Pluspolsecond positive pole
1010
zweite Massesecond mass
1111
Hauptübertragungseinrichtungmain transmission facility
1212
Haupteingangsspulemain input coil
1313
Hauptausgangsspulemain output coil
1414
Prüfeinrichtungtesting facility
1515
Testausgangtest output
1616
Sperrentladezweigblocking discharge branch
1717
Sperrentladediodeneinrichtungreverse discharge diode device
1818
High-Side-Schaltelementhigh-side switching element
1919
Low-Side-SchalelementLow-side scarf element
2020
Kontrolleinrichtungcontrol device
2121
PWM-ModulPWM module
2222
Hauptspeicherkapazitätmain storage capacity
2323
Hauptdiodeneinrichtungmain diode device
2424
Prüfspeicherkapazitättest memory capacity
2525
Prüfdiodeneinrichtungtest diode setup
2626
Hilfswiderstandauxiliary resistance
2727
Spannungsteilervoltage divider
2828
weiterer Widerstandfurther resistance
2929
Baugruppe für die Hauptübertragungseinrichtung 11Assembly for the main transmission device 11
Vinvintage
Versorgungsspannungsupply voltage
VoutVout
Ausgangsspannungoutput voltage

Claims (10)

Sperrwandlervorrichtung (1) mit einer Eingangseinrichtung (4), wobei die Eingangseinrichtung (4) einen Spannungseingang (2) zur Übernahme einer Versorgungsspannung aufweist, mit einer Ausgangseinrichtung (8), wobei die Ausgangseinrichtung (8) einen Spannungsausgang (3) zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung aufweist, mit einer Hauptübertragungseinrichtung (11), wobei die Hauptübertragungseinrichtung (11) eine Haupteingangsspule (12) und eine Hauptausgangsspule (13) aufweist, wobei die Haupteingangsspule (12) mit der Eingangseinrichtung (4) und die Hauptausgangsspule (13) mit der Ausgangseinrichtung (8) verschaltet ist, wobei die Sperrwandlervorrichtung (1) ausgebildet ist, in einer Leitphase die Hauptübertragungseinrichtung (11) durch die Eingangseinrichtung (4) aufzuladen und in einer Sperrphase die Hauptübertragungseinrichtung (4) über die Ausgangseinrichtung (8) zu entladen, mit einem Low-Side-Schaltelement (19), wobei das Low-Side-Schaltelement (19) zwischen der Hauptübertragungseinrichtung (11) und einer Masse (7) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Prüfeinrichtung (14), wobei die Prüfeinrichtung (14) einen Testausgang (15) zur Bereitstellung einer Testspannung aufweist, wobei die Sperrwandlervorrichtung (1) ausgebildet ist, so dass in der Sperrphase die Prüfeinrichtung (14) mit der Haupteingangsspule (12) leitend verbunden ist, um die Hauptübertragungseinrichtung (11) zumindest teilweise in die Prüfeinrichtung (14) zu entladen und die Testspannung bereitzustellen. Flyback converter device (1) with an input device (4), the input device (4) having a voltage input (2) for accepting a supply voltage, with an output device (8), the output device (8) having a voltage output (3) for providing an output voltage having, with a main transmission device (11), wherein the main transmission device (11) has a main input coil (12) and a main output coil (13), wherein the main input coil (12) with the input device (4) and the main output coil (13) with the output device ( 8) is connected, wherein the flyback converter device (1) is designed to charge the main transmission device (11) through the input device (4) in a conduction phase and to discharge the main transmission device (4) via the output device (8) in a blocking phase, with a low -Side switching element (19), the low-side switching element (19) being arranged between the main transmission device (11) and a ground (7), characterized by a test device (14), the test device (14) having a test output ( 15) for providing a test voltage, the flyback converter device (1) being designed so that in the blocking phase the test device (14) is conductively connected to the main input coil (12) in order to at least partially convert the main transmission device (11) into the test device (14 ) to discharge and provide the test voltage. Sperrwandlervorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung (20) zur Kontrolle der Eingangseinrichtung (4), wobei die Eingangseinrichtung (4) auf Basis der Testspannung kontrolliert wird.Flyback converter device (1) after claim 1 , characterized by a control device (20) for controlling the input device (4), wherein the input device (4) is controlled on the basis of the test voltage. Sperrwandlervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein High-Side-Schaltelement (19), wobei das High-Side-Schaltelement (19) zwischen dem Spannungseingang (2) und der Hauptübertragungseinrichtung (11) angeordnet ist.Flyback converter device (1) after claim 1 or 2 , characterized by a high-side switching element (19), wherein the high-side switching element (19) is arranged between the voltage input (2) and the main transmission device (11). Sperrwandlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sperrentladezweig (16), wobei in dem Sperrentladezweig (16) eine Sperrentladediodeneinrichtung (17) angeordnet ist, wobei der Sperrentladezweig (16) einerseits mit der Masse (7) und in Durchflussrichtung der Sperrentladediodeneinrichtung (17) mit einem Eingang der Hauptübertragungseinrichtung (11) verbunden ist.Flyback converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized by a reverse discharge branch (16), a reverse discharge diode device (17) being arranged in the reverse discharge branch (16), the reverse discharge branch (16) being connected on the one hand to the mass (7) and in the direction of flow of the Blocking discharge diode device (17) is connected to an input of the main transmission device (11). Sperrwandlervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (20) ein PWM-Modul (21) zur Steuerung des Low-Side-Schaltelements (19) und/oder des High-Side-Schaltelements (18) aufweist, wobei das PWM-Modul (21) auf Basis der Testspannung kontrolliert wird.Flyback converter device (1) after claim 3 , characterized in that the control device (20) has a PWM module (21) for controlling the low-side switching element (19) and/or the high-side switching element (18), the PWM module (21) is controlled based on the test voltage. Sperrwandlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangseinrichtung (8) eine Hauptspeicherkapazität (22) aufweist, wobei die Hauptspeicherkapazität (22) parallel zu der Hauptausgangsspule (13) angeordnet ist, und eine Hauptdiodeneinrichtung (23), wobei die Hauptdiodeneinrichtung (23) zwischen der Hauptausgangsspule (13) und der Hauptspeicherkapazität (22) angeordnet ist.Flyback converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the output device (8) has a main storage capacitance (22), the main storage capacitance (22) being arranged in parallel with the main output coil (13), and a main diode device (23), wherein the main diode means (23) is arranged between the main output coil (13) and the main storage capacitance (22). Sperrwandlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (14) eine Prüfspeicherkapazität (24) und eine Prüfdiodeneinrichtung (25) aufweist, wobei die Prüfspeicherkapazität (24) einerseits über die Prüfdiodeneinrichtung (25) mit einem Ausgang der Haupteingangsspule 12 und andererseits mit der Masse (7) verbunden ist.Flyback converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the test device (14) has a test storage capacitance (24) and a test diode device (25), the test storage capacitance (24) being connected on the one hand via the test diode device (25) to an output of the main input coil 12 and on the other hand connected to the ground (7). Sperrwandlervorrichtung (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Hilfswiderstand (26), wobei der Hilfswiderstand (26) parallel zu der Prüfspeicherkapazität (24) angeordnet ist.Flyback converter device (1) after claim 7 , characterized by an auxiliary resistor (26), the auxiliary resistor (26) being arranged in parallel with the test storage capacitance (24). Sperrwandlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einer CCM-Betriebsart oder in einer DCM-Betriebsart betreibbar ist.Flyback converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it can be operated in a CCM operating mode or in a DCM operating mode. Verfahren zum Betreiben der Sperrwandlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leitphase die Hauptübertragungseinrichtung (11) durch die Eingangseinrichtung (4) aufgeladen wird und in einer Sperrphase sich die Hauptübertragungseinrichtung (11) über die Ausgangseinrichtung (8) und die Prüfeinrichtung (14) entlädt, so dass in der Prüfeinrichtung (14) die Testspannung bereitgestellt ist.Method for operating the flyback converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the main transmission device (11) is charged by the input device (4) in a conducting phase and the main transmission device is charged in a blocking phase (11) discharges via the output device (8) and the test device (14), so that the test voltage is provided in the test device (14).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000209854A (en) 1999-01-11 2000-07-28 Meidensha Corp Separately excited flyback type switching regulator
US20060007711A1 (en) 2004-07-12 2006-01-12 Ta-Yung Yang Half-bridge flyback power converter
GB2460272A (en) 2008-05-23 2009-11-25 Cambridge Semiconductor Ltd Compensating for leakage inductance in a switch mode power supply

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