DE102021214678A1 - Flyback converter device and method for operating the flyback converter device - Google Patents
Flyback converter device and method for operating the flyback converter device Download PDFInfo
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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 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, und mit einer Prüfeinrichtung 14, wobei die Prüfeinrichtung 14 einen Testausgang 15 zur Bereitstellung einer Testspannung aufweist, und mit einer Hilfsübertragungseinrichtung 16, wobei die Sperrwandlervorrichtung 1 ausgebildet ist, in der Leitphase die Hilfsübertragungseinrichtung 16 durch die Eingangseinrichtung 4 aufzuladen und in der Sperrphase die Hilfsübertragungseinrichtung 16 über die Prüfeinrichtung 14 zu entladen, um die Testspannung bereitzustellen.
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.
A flyback converter device 1 is proposed with an input device 4, with an output device 8, with a main transmission device 11, wherein the flyback converter device 1 is designed to charge the main transmission device 11 via the input device 4 in a conducting phase and to charge the main transmission device 4 via the output device 8 in a blocking phase to be discharged, and with a testing device 14, with the testing device 14 having a test output 15 for providing a test voltage, and with an auxiliary transmission device 16, with the flyback converter device 1 being designed to charge the auxiliary transmission device 16 through the input device 4 in the conducting phase and in the blocking phase to discharge the auxiliary transmission device 16 via the test device 14 in order 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
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
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.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sperrwandlervorrichtung eine Prüfeinrichtung aufweist, wobei die Prüfeinrichtung 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 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 Prüfeinrichtung weist eine Hilfsübertragungseinrichtung auf, wobei die Hilfsübertragungseinrichtung eine Hilfseingangsspule und eine Hilfsausgangsspule Spule aufweist. Die Hilfseingangsspule ist schaltungstechnisch parallel zu der Haupteingangsspule angeordnet. Somit ist ein Eingang der Haupteingangsspule und der Hilfseingangsspule miteinander verbunden und/oder mit dem positiven Spannungseingang verbunden und/oder verbindbar und ein Ausgang der Haupteingangsspule und der Hilfseingangsspule miteinander verbunden und/oder mit der Masse verbunden und/oder verbindbar. Die Hilfsausgangsspule ist mit der Prüfeinrichtung schaltungstechnisch verbunden.The testing device has an auxiliary transmission device, the auxiliary transmission device having an auxiliary input coil and an auxiliary output coil. The auxiliary input coil is circuitry in parallel arranged to the main input coil. Thus, an input of the main input coil and the auxiliary input coil is connected to one another and/or connected and/or connectable to the positive voltage input and an output of the main input coil and the auxiliary input coil is connected to one another and/or connected and/or connectable to ground. The auxiliary output coil is connected to the test device by circuitry.
Die Sperrwandlervorrichtung ist ausgebildet in der beschriebenen Leitphase die Hilfsübertragungseinrichtung durch die Eingangseinrichtung aufzuladen und in der Sperrphase die Hilfsübertragungseinrichtung über die Prüfeinrichtung zu entladen. In gleicher Weise wie bei der Hauptübertragungseinrichtung wird ein Magnetfeld zwischengespeichert und/oder eine magnetische Spannung in der Hilfsübertragungseinrichtung aufgebaut. Auch diese kann mindestens einen Kern mit einem Spalt aufweisen, wobei bevorzugt in dem Luftspalt die magnetische Spannung gespeichert wird. Die Energie wird von der Eingangseinrichtung über die Hilfsübertragungseinrichtung auf die Prüfeinrichtung übertragen. In ähnlicher Weise wie bei der Ausgangseinrichtung stellt auch die Prüfeinrichtung eine Spannung, in diesem Fall eine Testspannung bereit, welche in dem galvanisch verbundenen Abschnitt der Eingangseinrichtung und der Prüfeinrichtung bereitgestellt ist.The flyback converter device is designed to charge the auxiliary transmission device through the input device in the conducting phase described and to discharge the auxiliary transmission device via the test device in the blocking phase. In the same way as in the main transmission device, a magnetic field is temporarily stored and/or a magnetic voltage is built up in the auxiliary transmission device. This can also have at least one core with a gap, with the magnetic voltage preferably being stored in the air gap. The energy is transferred from the input device to the test device via the auxiliary transmission device. In a similar way to the output device, the test device also provides a voltage, in this case a test voltage, which is provided in the galvanically connected section of the input device and the test device.
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.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.
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 Realisierung der Erfindung weist die Sperrwandlervorrichtung mindestens oder genau ein Schaltelement auf, wobei das Schaltelement seriell zu der Haupteingangsspule und der Hilfseingangsspule angeordnet und ausgebildet ist, die Haupteingangsspule und die Hilfseingangsspule auf Masse zu schalten. Beispielsweise ist das Schaltelement als ein Mosfet ausgebildet. Durch das Schaltelement kann die Eingangseinrichtung zwischen der Leitphase und der Sperrphase umgeschaltet werden.In a preferred implementation of the invention, the flyback converter device has at least or precisely one switching element, the switching element being arranged in series with the main input coil and the auxiliary input coil and being designed to ground the main input coil and the auxiliary input coil. For example, the switching element is designed as a mosfet. The input device can be switched over between the conducting phase and the blocking phase by the switching element.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Kontrolleinrichtung ein PWM-Modul zur Steuerung des Schaltelements auf. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem High-Signal des PWM-Ausgangs das Schaltelement geschlossen und Haupteingangsspule und Hilfseingangsspule mit der Masse verbunden sind und bei einem Low-Signal des PWM-Ausgangs das Schaltelement geöffnet ist, so dass Haupteingangsspule und die Hilfseingangsspule von der Masse getrennt sind.In a preferred development of the invention, the control device has a PWM module for controlling the switching element. For example, it can be provided that when the PWM output signal is high, the switching element is closed and the main input coil and auxiliary input coil are connected to ground, and when the PWM output signal is low, the switching element is open so that the main input coil and the auxiliary input coil are disconnected from the mass are separated.
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.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 Prüfausgangsspule angeordnet ist. Ferner weist die Prüfeinrichtung eine Prüfdiodeneinrichtung auf, wobei die Prüfdiodeneinrichtung zwischen der Hilfsausgangsspule und dem Testausgang für die Testspannung angeordnet ist.Alternatively or additionally, the test device has a test storage capacity, with the test storage capacity being arranged in parallel with the test output coil in terms of 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.
Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung sind die Induktivitäten der Haupteingangsspule und der Hauptausgangsspule gleich. Alternativ oder ergänzend sind die Induktivitäten der Hilfseingangsspule und der Hilfsausgangsspule gleich ausgebildet.In a possible structural configuration of the invention, the inductances of the main input coil and the main output coil are the same. Alternatively or additionally, the inductivities of the auxiliary input coil and the auxiliary output coil are of the same design.
Es ist jedoch bevorzugt, dass die Induktivitäten der Hauptübertragungseinrichtung, z.B. gemessen in Henry, kleiner als die Induktivitäten der Hilfsübertragungseinrichtung ausgebildet sind, da die Energie von der Eingangseinrichtung maßgeblich auf die Ausgangseinrichtung und nur zu Testzwecken auf die Prüfeinrichtung übertragen werden soll. Insbesondere ist die Induktivität der Hauptausgangsspule kleiner als die Induktivität der Hilfsausgangsspule ausgebildet und/oder ist die Induktivität der Haupteingangsspule kleiner als die Induktivität der Hilfseingangsspule ausgebildet Dadurch, dass die Induktivitäten der Hilfsübertragungseinrichtung größer oder wesentlich größer als die Induktivitäten der Hauptübertragungseinrichtung ausgebildet sind, kann nur weniger Energie zwischengespeichert und übertragen werden. Beispielsweise sind die jeweiligen Hilfsinduktivitäten mehr als 5mal größer als die jeweiligen Hauptinduktivitäten.However, it is preferred that the inductances of the main transmission device, e.g. measured in Henry, are smaller than the inductances of the auxiliary transmission device, since the energy from the input device is to be transmitted significantly to the output device and only to the test device for test purposes. In particular, the inductance of the main output coil is smaller than the inductance of the auxiliary output coil and/or the inductance of the main input coil is smaller than the inductance of the auxiliary input coil. Because the inductance of the auxiliary transmission device is greater or significantly greater than the inductance of the main transmission device, only less can Energy can be temporarily stored and transmitted. For example, the respective auxiliary inductances are more than 5 times larger than the respective main inductances.
Besonders bevorzugt ist die Hauptübertragungseinrichtung und/oder die Hilfsübertragungseinrichtung als ein geschlossenes Schaltgruppe ausgebildet. Insbesondere sind diese als separate, selbsthaltende Schaltgruppe ausgebildet, welche in die Sperrwandlervorrichtung als Schaltgruppe bestückt wird. Auf diese Weise kann die Erfindung sehr kostengünstig umgesetzt werden.The main transmission device and/or the auxiliary transmission device is particularly preferably designed as a closed switching group. In particular, these are designed as a separate, self-retaining vector group, which is fitted into the flyback converter device as a vector group. In this way, the invention can be implemented very inexpensively.
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 und die Hilfsübertragungseinrichtung durch die Eingangseinrichtung aufgeladen werden und in einer Sperrphase sich die Hauptübertragungseinrichtung über die Ausgangseinrichtung und die Hilfsübertragungseinrichtung über die Prüfeinrichtung entlädt, so dass in der Prüfeinrichtung die Testspannung bereitgestellt ist.Another object of the invention relates to a method for operating the flyback converter device as described above, wherein in a conducting phase the main transmission device and the auxiliary transmission device are charged by the input device and in a blocking phase the main transmission device is discharged via the output device and the auxiliary transmission device is discharged via the test device. so that the test voltage is provided in the test device.
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 inder 1 während einer Leitphase; -
3 die Sperrwandlervorrichtung inder 1 während einer Sperrphase mit Stromfluss; -
4 die Sperrwandlervorrichtung inder 1 während der Sperrphase ohne Stromfluss; -
5 ein schematisches Schaltbild von einem Simulationsmodell der Sperrwandlervorrichtung; -
6 Signalverläufe ausdem Simulationsmodell der 5 ; -
7 Signalverläufe ausdem Simulationsmodell der 5 .
-
1 a schematic circuit diagram of a flyback converter device as an embodiment of the invention; -
2 the flyback device in the1 during a lead phase; -
3 the flyback device in the1 during a blocking phase with current flow; -
4 the flyback device in the1 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 thesimulation model 5 ; -
7 Signal curves from thesimulation model 5 .
Die
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
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
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
Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist eine Prüfeinrichtung 14 auf, wobei die Prüfeinrichtung 14 einen Testausgang 15 zur Bereitstellung einer Testspannung VFB aufweist. Ferner umfasst die Sperrwandlervorrichtung 1 eine Hilfsübertragungseinrichtung 16, wobei die Hilfsübertragungseinrichtung 16 eine Hilfseingangsspule 17 und eine Hilfsausgangsspule 18 aufweist. Die Hilfseingangsspule sich 17 und die Hilfsausgangsspule 18 sind wie ein Transformator und/oder parallel zueinander angeordnet. Insbesondere weist die Hilfsübertragungseinrichtung 16 einen Kern mit einem Luftspalt auf, wobei in dem Luftspalt ein Magnetfeld und/oder magnetische Spannung gespeichert werden kann. Die Hilfseingangsspule 17 ist parallel zu der Haupteingangsspule 12 verschaltet. Die Hilfsausgangsspule 18 ist mit der Prüfeinrichtung 14 verschaltet.The
Ferner weist die Sperrwandlervorrichtung 1, insbesondere die Eingangseinrichtung 4, ein Schaltelement 19 auf, wobei das Schaltelement seriell zu der Haupteingangsspule 12 und der Hilfseingangsspule 17 angeordnet ist und es ermöglicht, die Haupteingangsspule 12 und die Hilfseingangsspule 17 auf Masse 7 zu schalten. Genauer betrachtet sind die Eingänge der Haupteingangsspule 12 und der Hilfseingangsspule 17 mit dem Pluspol 6 des Spannungseingangs verbunden und die jeweils anderen Anschlüsse der Spulen 12, 17 über das Schaltelement 19 mit der Masse 7 verbunden und/oder verbindbar.Furthermore, the
Die Sperrwandlervorrichtung 1 weist eine Kontrolleinrichtung 20 zur Kontrolle der Eingangseinrichtung 4, insbesondere von dem Schaltelement 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 des Schaltelements 19 mit einem Schaltsignal. Insbesondere kann das Schaltelement 19 durch Änderung der Frequenz und/oder des Duty Cycle des Schaltsignals kontrolliert, insbesondere ein- und ausgeschaltet, werden.The
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
Die Prüfeinrichtung 14 weist eine Prüfspeicherkapazität 24 auf, wobei die Prüfspeicherkapazität 24 schaltungstechnisch parallel zu der Hilfsausgangsspule 18 angeordnet ist. Die Prüfspeicherkapazität 24 hat die Funktion, ein Umladen von Energie aus der Hilfsübertragungseinrichtung 16 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 Hilfsausgangsspule 18 und dem Testausgang 15 so verschaltet ist, dass Strom in Richtung des Testausgangs15 fließen kann, jedoch in Gegenrichtung gesperrt ist.The
Ferner weist die Prüfeinrichtung 14 noch einen Hilfswiderstand 26 auf, welcher schaltungstechnisch parallel zu der Prüfspeicherkapazität 24 und/oder zu der Hilfsausgangsspule 18 angeordnet ist sowie einen Spannungsteiler 27 zum Abgriff des Testsignals VFB, wobei der Spannungsteiler 27 parallel zu dem Hilfswiderstand 26, der Prüfspeicherkapazität 24 und/oder der Hilfsausgangsspule 18 geschalten ist. Das Testsignal VFB entspricht der Testspannung und wird als Führungsgröße zur Kontrolle der Eingangseinrichtung 4, insbesondere des Schaltelements 19, an die Kontrolleinrichtung 20 übergeben.
Die
In der
Prinzipiell könnte aus dieser aus diesem Zustand in der
Nach einer gewissen Zeit wird das Schaltelement 19 über die Ansteuerung durch das PWM-Modul 21 wieder geschlossen, so dass die Hauptübertragungseinrichtung 11 und die Hilfsübertragungseinrichtung 16 wieder geladen werden können (
Simulierte Ausführungsbeispiele:Simulated examples:
Die
Die Simulationsparameter sind wie folgt:
- 1) Vinmin = 4.5V
- 2) Schaltfrequenz Fsw: 150kHz,
- 3) Vout :16V
- 4) Lp : 3.3uH (Hauptübertragungseinrichtung 11), 68uH
- 1) Vinmin = 4.5V
- 2) Switching frequency Fsw: 150kHz,
- 3) Vout :16V
- 4) Lp : 3.3uH (main transmitter 11), 68uH
(Hilfsübertragungseinrichtung 16)(auxiliary transmission device 16)
- 5) lout : 0 to 500mA5) out : 0 to 500mA
- 6) Betriebsart: DCM6) Operating mode: DCM
Die Signalverläufe zeigen:
- 6.1
- Laststrom
- 6.2
- Kontrollspannung
- 6.3
- Eingangsspannung Vin
- 6.4
- Ausgangsspannung am Spannungsausgang &
Ausgangsspannung am Hilfswiderstand 26/Prüfspeicherkapazität 24
- 6.1
- load current
- 6.2
- control voltage
- 6.3
- input voltage Vin
- 6.4
- Output voltage at the voltage output & output voltage at the
auxiliary resistor 26/test storage capacity 24
Im unbelasteten Zustand ergibt sich eine Ausgangsspannung von 16.05 V, im belasteten Zustand 15,75 V. 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.The output voltage is 16.05 V in the unloaded state and 15.75 V in the loaded state Control of the
Die
Die Simulationsparameter sind wie folgt:
- 1) Vinmin = 4.5V
- 2) Schaltfrequenz Fsw: 150kHz,
- 3) Vout :16V
- 4) Part Number: MSD1260T-332ML; MSD1260T-683ML
- 5) lout : 0 to 500mA
- 6) Betriebsart: DCM
- 1) Vinmin = 4.5V
- 2) Switching frequency Fsw: 150kHz,
- 3) Vout :16V
- 4) Part Number: MSD1260T-332ML; MSD1260T-683ML
- 5) out : 0 to 500mA
- 6) Operating mode: DCM
Baugruppe 28:
- Coupled Inductor : MSD1260T-332ML (High
- Temp / AEC-Q200 Qualified)
- Make: Coilcraft
- Inductance : 3.3uH
- DCR : 20mOhms
- SRF : 52MHz
- Coupling Coefficient : 97%
- Leakage Inductance : 0.2uH
- Isat: 11.5A (10% L drop)
- Irms : 6.1A (40deg Temp rise)
- Coupled Inductor : MSD1260T-332ML (High
- Temp / AEC-Q200 Qualified)
- Make: Coilcraft
- Inductance : 3.3uH
- DCR : 20mOhms
- SRF : 52MHz
- Coupling Coefficient : 97%
- Leakage Inductance : 0.2uH
- Isat: 11.5A (10%L drop)
- Irms : 6.1A (40deg Temp rise)
Baugruppe 29
- Coupled Inductor : MSD1260T-683ML (High
- Temp / AEC-Q200 Qualified)
- Make: Coilcraft
- Inductance : 68uH
- DCR : 216mOhms
- SRF: 10MHz
- Coupling Coefficient : 97%
- Leakage Inductance : 0.57uH
- Isat: 2.3A (10% L drop)
- Irms : 1.83A (40deg Temp rise)
- Coupled Inductor : MSD1260T-683ML (High
- Temp / AEC-Q200 Qualified)
- Make: Coilcraft
- Inductance : 68uH
- DCR : 216mOhms
- SRF: 10MHz
- Coupling Coefficient : 97%
- Leakage Inductance : 0.57uH
- Isat: 2.3A (10%L drop)
- Irms : 1.83A (40deg Temp rise)
Die Signalverläufe zeigen:
- 7.1
- Laststrom
- 7.2
- Kontrollspannung
- 7.3
- Eingangsspannung Vin
- 7.4
- Ausgangsspannung am Spannungsausgang &
Ausgangsspannung am Hilfswiderstand 26/Prüfspeicherkapazität 24
- 7.1
- load current
- 7.2
- control voltage
- 7.3
- input voltage Vin
- 7.4
- Output voltage at the voltage output & output voltage at the
auxiliary resistor 26/test storage capacity 24
Im unbelasteten Zustand ergibt sich eine Ausgangsspannung von 16.05 V, im belasteten Zustand 15,75 V. In dem Signalverlauf 8.4 ist zu erkennen, dass die Spannung in der Prüfeinrichtung 14 gleich oder 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 16.05 V, in the loaded state 15.75 V. In the signal curve 8.4 it can be seen that the voltage in the
Die Vorteile der Sperrwandlervorrichtung sind:
- - kein Optokoppler
- - Verwendung von Off-the-Shelf-
Baugruppen 28 und 29 ist möglich - - mechanisch robustes Design
- - hohe Lebensdauer (verglichen mit der begrenzten Lebenszeit von einem Optokoppler)
- - kann über einen weiteren Spannungsbereich wie z.B. 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.
- - no optocoupler
- - Use of off-the-
28 and 29 is possibleshelf assemblies - - Mechanically robust design
- - long lifetime (compared to the limited lifetime of an optocoupler)
- - can operate over a wider voltage range such as 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
- Hilfsübertragungseinrichtungauxiliary transmission facility
- 1717
- Hilfseingangsspuleauxiliary input coil
- 1818
- Hilfsausgangsspuleauxiliary output coil
- 1919
- Schaltelementswitching 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
-
Baugruppe für die Hauptübertragungseinrichtung 11Assembly for the
main transmission device 11 - 2929
-
Baugruppe für die Hilfsübertragungseinrichtung 16Assembly for the
auxiliary transmission device 16 - Vinvintage
- Versorgungsspannungsupply voltage
- VoutVout
- Ausgangsspannungoutput voltage
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021214678.3A DE102021214678A1 (en) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Flyback converter device and method for operating the flyback converter device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021214678.3A DE102021214678A1 (en) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Flyback converter device and method for operating the flyback converter device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021214678A1 true DE102021214678A1 (en) | 2023-06-22 |
Family
ID=86605988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021214678.3A Pending DE102021214678A1 (en) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Flyback converter device and method for operating the flyback converter device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021214678A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08168244A (en) | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Nemic Lambda Kk | Switching power unit |
US5850335A (en) | 1996-04-05 | 1998-12-15 | Toko, Inc. | Isolation-type switching power supply |
US20160087542A1 (en) | 2014-09-19 | 2016-03-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power overload protection using hiccup mode |
-
2021
- 2021-12-20 DE DE102021214678.3A patent/DE102021214678A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08168244A (en) | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Nemic Lambda Kk | Switching power unit |
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US20160087542A1 (en) | 2014-09-19 | 2016-03-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power overload protection using hiccup mode |
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