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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur getakteten Ansteuerung eines
Schaltelements.
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Es sind eine Vielzahl von Anwendungen
bekannt, bei denen die Leistungsaufnahme einer Last durch die getaktete
Ansteuerung eines in Reihe zu der Last geschalteten Schaltelements
geregelt wird. Das Schaltelement wird dabei im Takt eines Oszillatorsignals
eingeschaltet, wobei die Dauer, für die das Schaltelement jeweils
leitend bleibt von der gewünschten
oder erforderlichen Leistungsaufnahme der Last abhängig ist.
Beispiele für
derartige Anwendungen einer getakteten Ansteuerung eines Schalters
sind Schaltwandler, bei denen das Schaltelement üblicherweise in Reihe zu einer
Primärwicklung eines Übertragers
geschaltet ist, Power-Factor-Controller, Motoren usw.
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Die getaktete Ansteuerung des Schaltelements
bringt nachteiligerweise die Erzeugung einer elektromagnetischer
Störstrahlung
mit sich, die durch das An- und Abschalten des Stromes in den Zuleitungen
des Schaltelements entstehen. Die Frequenzen dieser Störstrahlung
liegen im Bereich der Frequenz des Oszillatorsignals, in dessen
Takt der Schalter angesteuert wird, und ganzzahliger Vielfacher
davon, wobei der Großteil
der Störleistung
mit der Oszillatorfrequenz bzw. kleiner ganzzahliger vielfacher
davon abgestrahlt wird.
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Um diese abgestrahlte Störleistung über einen
größeren Frequenzbereich
zu streuen und damit den negativen Einfluss auf ein Nutzsignal einer
bestimmten Bandbreite zu reduzieren, ist es aus der
US 5,739,658 bekannt, das Oszillatorsignal
einer Frequenzmodulation mit einer niederfrequenten Modulationsfrequenz
zu unterwerfen, wobei beispielsweise bei einem Oszilla torsignal
der Frequenz 100kHz ein sinusförmiges
Modulationssignal mit einer Frequenz von 250Hz und ein Modulationshub
von 5kHz verwendet wird.
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Betrachtet man allerdings den Zweck
dieser Frequenzmodulation, nämlich
den Radioempfang oder andere Funkdienste nicht zu stören, so
zeigt sich, dass die Frequenzmodulation mit einem niederfrequenten
Modulationssignal sogar nachteilig sein kann und insbesondere den
Radioempfang im Lang- und Mittelwellenbereich negativ beeinflusst.
Denn, ein mit einem niederfrequenten periodischen Signal modulierter
Träger
hat in jedem Fall ein hörbares Störsignal
zur Folge, wenn sich der Träger
einem Rundfunksignal überlagert.
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Aus dem Datenblatt PUCC3801 Rev.
01–10 September
2001 der Philips Electonics N.V. ist ein Pulsweitenmodulator zur
Ansteuerung eines Schalters bekannt, der einen Oszillator aufweist,
dessen Oszillationsfrequenz angesteuert durch eine binäre pseudozufällige Sequenz
der Länge
15 zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzen wechselt.
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Die
DE 39 27 175 C2 beschreibt einen Schaltwandler
mit einem durch eine Impulsfolge angesteuerten Inverter. Die Impulsfolge
wird durch einen Vergleich eines an einem Eingang anliegenden Analogsignal
mit einem von einem Dreiecksignalgenerator bereitgestellten Dreiecksignal
von einem Komparator bereitgestellt. Die Frequenz des Dreiecksignalgenerators
wird dabei durch einen Grundfrequenzoszillator vorgegeben, dessen
Signal mit einem von einem Zufallssignalgenerator bereitgestellten
Signal moduliert wird, um ein Dreiecksignal zu erhalten, dessen
Frequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich um eine Grundfrequenz
pseudo-zufällig
variiert. Als Zufallssignal kann insbesondere ein rosa gefärbtes Rauschsignal
verwendet werden.
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Die
DE 196 35 110 C2 beschreibt einen Generator
zum Erzeugen einer Sequenz von Zufallszahlen, wobei der Generator
ein rückgekoppeltes Schieberegister
aufweist.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren und eine Ansteuerschaltung zur getakteten
Ansteuerung eines Schalters zur Verfügung zu stellen, wobei die
oben genannten Probleme im Zusammenhang mit einer an die Umgebung
abgegebenen Störstrahlung
beseitigt oder zumindest gemindert sind.
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Dieses Ziel wird durch ein Verfahren
gemäß der Merkmale
des Anspruchs 1 und durch eine Ansteuerschaltung gemäß der Merkmale
des Anspruchs 5 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements nach Maßgabe eines
Oszillatorsignals ist vorgesehen, ein Oszillatorsignal zu verwenden,
dessen Frequenz zufällig
oder pseudo-zufällig
zwischen einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen variiert.
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Die Häufigkeitsverteilung der Frequenzen, die
das Oszillatorsignal annimmt, bzw, die spektrale Verteilung des
Oszillatorsignals entspricht einem gefärbten Rauschen, um die Leistungsaufnahme
einer durch den Schalter angesteuerten Last nicht zu stören. Bevorzugt
ist hierbei eine Häufigkeitsverteilung, die
einem rosa oder braunen Rauschen entspricht, das heißt, die
einzelnen Frequenzen, die das Oszillatorsignal annimmt, folgen entsprechend
einem rosa oder braunen Rauschen aufeinander.
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Ein Oszillatorsignal mit zufällig oder
pseudoäzufällig variierender
Frequenz wird beispielsweise dadurch erhalten, indem ein Oszillatorsignal
einer vorgegebenen Oszillationsfrequenz mit einem Rauschsignal einer
geringeren Frequenz als der Oszillatorfrequenz moduliert wird. Kommt
es bei der Ansteuerung eines Schaltelements mit einem derartigen
Oszillatorsignal, das mit einem Rauschsignal moduliert ist, zu einer
elektromagnetischen Störabstrahlung,
so resultiert aus diesem Signal im Radioempfänger ein Rauschsignal, das
sich von dem ohnehin vorhandenen Hintergrundrauschen kaum unterscheidet
und daher nicht auffällt.
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Für
eine Häufigkeitsverteilung
der angenommenen Frequenzen bzw. eine spektrale Verteilung des Oszillatorsignals,
die einem gefärbten
Rauschen entspricht, ist das zur Modulation verwendete Rauschsignal
kein weißes
sondern ein gefärbtes Rauschsignal,
beispielsweise ein rosa oder braunes Rauschsignal, dessen Amplitudendichte
umgekehrt proportional zu der Frequenz oder umgekehrt proportional
zu der Quadratwurzel aus der Frequenz abfällt. Dadurch ist sichergestellt,
dass sich die Frequenz des Oszillatorsignals annähernd stetig bzw. innerhalb kurzer
Zeitdauern nur wenig ändert.
Dies ist erforderlich, um die Leistungsaufnahme der Last trotz schwankender
Taktfrequenz noch regeln zu können.
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Zur Erzeugung des Rauschsignals kann
eine beliebige Rauschquelle dienen, die bereits ein Rauschsignal
der gewünschten
spektralen Verteilung liefert oder der ein Filter zur Erzeugung
des Rauschsignals der gewünschten
spektralen Verteilung nachgeschaltet ist. Als Rauschquelle zur Erzeugung
eines weißen
Rauschsignals, das mittels eines Filters "gefärbt" wird, kann eine
Z-Diode oder eine Verstärkerschaltung
in MOS-Technologie
dienen. Weiterhin kann zur Erzeugung eines pseudo-zufälligen Rauschsignals
ein rückgekoppeltes
Schieberegister verwendet werden, dessen Ausgänge addiert werden.
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Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zur getakteten
Ansteuerung eines Schaltelements stellt ein von einem Oszillatorsignal
abhängiges
Ansteuersignal bereit und weist eine Oszillatoranordnung zur Erzeugung
des Oszillatorsignals auf. Dabei umfasst die Oszillatoranordnung
einen Oszillator mit einer Eingangsklemme, an der ein Eingangssignal anliegt,
und einer Ausgangsklemme, an der das Oszillatorsignal anliegt, dessen
Frequenz von dem Eingangssignal abhängig ist, und einen Zufallssignalgenerator
mit einer Ausgangsklemme, an der ein Zufallssignal mit einer zufälligen oder
pseudo-zufälligen Amplitude
anliegt und die an die Eingangsklemme des Oszillators gekoppelt
ist.
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Der Zufallssignalgenerator stellt
vorzugsweise ein farbiges Rauschsignal, insbesondere ein "rosa Rauschsignal" oder ein "braunes Rauschsignal" als Zufallssignal
bereit, wobei der Zufallsgenerator eine Rauschquelle, die ein Rauschsignal
der gewünschten
spektralen Verteilung liefert, oder eine Rauschquelle und ein Filter
umfasst, wobei das Filter zur Filterung eines Rauschsignals in ein
Rauschsignal der gewünschten
spektralen Verteilung dient.
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Die Rauschquelle ist bei einer Ausführungsform
der Erfindung als rückgekoppeltes
Schiebregister ausgebildet, dessen Aufbau und Funktionsweise hinlänglich bekannt
ist, und das an seinen Ausgängen
ein binäres
pseudo-zufälliges
Signal bereitstellt.
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Als Oszillator kommt erfindungsgemäß ein spannungsgesteuerter
Oszillator oder ein stromgesteuerter Oszillator in Betracht, wobei
letzterer insbesondere als rückgekoppelte
Anordnung einer Anzahl IIL-Glieder (IIL = Integrated Injection Logic)
ausgebildet ist. Das dem Oszillator zugeführte Zufallssignal ist in entsprechender
Weise dann ein Spannungssignal mit einem zufällig oder pseudo-zufällig variierenden
Spannungswert oder ein Stromsignal mit einer zufällig oder pseudo-zufällig variierenden
Stromstärke.
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Eine Wandlereinheit zur Umsetzung
eines von einem rückgekoppelten
Schieberegister gelieferten pseudo-zufälligen Binärsignals in ein Stromsignal zur
Ansteuerung eines stromgesteuerten Oszillators umfasst gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Anzahl Stromquellen, die durch Ausgangssignale
an den Ausgängen
des Schieberegisters angesteuert sind und deren Ströme addiert
werden.
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Ein rückgekoppeltes Schieberegister ändert bekanntlich
mit jeder Taktperiode eines an einem Eingang anliegenden Taktsignals
seinen Ausgangswert. Dieses Taktsignal ist bei einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein durch einen Taktgenerator erzeugtes Taktsignal mit
einer wenigstens annäherungsweise
konstanten Frequenz und bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
das Oszillatorsignal der Oszillatoranordnung, das zurückgekoppelt
wird.
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Der Oszillatoranordnung ist bei einer
Ausführungsform
der Erfindung ein Pulsweitenmodulator nachgeschaltet, der Ansteuerimpulse
für das
Schaltelement nach Maßgabe
des Oszillatorsignals bereitstellt. Die Dauer der im Takt des Oszillatorsignals
erzeugten Ansteuerimpulse ist dabei insbesondere von einem Regelsignal
abhängig,
das je nach Einsatzzweck der Ansteuerschaltung unterschiedlich erzeugt
wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in
Ausführungsbeispielen
anhand von Figuren näher erläutert. In
den Figuren zeigt
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1 ein
Blockschaltbild einer Ansteuerschaltung mit einer Oszillatoranordnung,
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2 eine
erfindungsgemäße Zufallssignalgeneratoranordnung
gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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3 eine
Detaildarstellung eines rückgekoppelten
Schieberegisters als Zufallsgenerator,
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4 eine
Detaildarstellung eines weiteren rückgekoppelten Schieberegisters
als Zufallsgenerator,
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5 eine
Oszillatoranordnung gemäß einer zweiten
Ausführungsform
mit einem stromgesteuerten Oszillator,
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6 ein
Ausführungsbeispiel
einer Wandlereinheit zur Wandlung eines binären Zufallssignals in ein Stromsignal,
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7 ein
Ausführungsbeispiel
eines stromgesteuerten Oszillators mit einer Kettenanordnung von
IIL-Gliedern,
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8 eine
Darstellung des internen Aufbaus eines IIL-Glieds (8a)
und von dessen Schaltsymbol (8b),
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9 einen
beispielhaften Verlauf der Frequenz eines mittels der erfindungsgemäßen Oszillatoranordnung
erzeugten Oszillatorsignals über
der Zeit,
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10 ein
Blockschaltbild eines Schaltwandlers als Anwendungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung.
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In den Figuren bezeichnen, sofern
nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit
gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Ansteuerschaltung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements
S, das zu Zwecken der Veranschaulichung gestrichelt eingezeichnet
und in Reihe zu einer Last geschaltet ist. Die Last kann beispielsweise ein
Motor, eine Primärspule
eines Transformators in einem Schaltwandler oder dergleichen sein.
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Ein Ansteuersignal CS für den Schalter
S wird in dem Beispiel durch einen Pulsweitenmodulator nach Maßgabe eines
Oszillatorsignals OS bereitgestellt, wobei das Oszillatorsignal
die Zeitpunkte vorgibt, zu denen das Schaltelement S seinen Schaltzustand ändert, das
heißt
beispielsweise leitend angesteuert wird. Die Zeitdauern, für welche
das Schaltelement leitend bleibt, um eine Stromaufnahme der Last
zu ermöglichen,
ist von einem lastabhängigen Regelsignal
FS abhängig,
wobei über
diese Zeitdauern die Leistungsaufnahme der Last geregelt wird.
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Die Oszillatoranordnung OA umfasst
einen Oszillator OSC, der das Oszillatorsignal OS an seinem Ausgang
bereitstellt und einen Zufallssignalgenerator RSG, der ein Zufallssignal
RS mit einer zufälligen
oder pseudo-zufälligen
Amplitude erzeugt, das einem Eingang des Oszillators OSC zugeführt ist.
Die Frequenz des durch den Oszillator OSC erzeugten Oszillatorsignals
OS ist dabei von der Amplitude des Zufallssignals RS abhängig.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Oszillatoranordnung
mit einem Zufallssignalgenerator RSG1 und einem Oszillator OSC1,
wobei dem Oszillator OSC1 zur Erzeu gung des Oszillatorsignals OS
ein Zufallssignal RS1 mit einer zufälligen oder pseudo-zufälligen Amplitude
zugeführt
ist.
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Der Oszillator OSC1 ist in dem Ausführungsbeispiel
als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildet, der ein Oszillationssignal
mit einer Grundfrequenz erzeugt, wenn kein Spannungssignal an seinem
Eingang anliegt, und der bei Anliegen einer Spannung an seinem Eingang
ein Oszillationssignal erzeugt, dessen Frequenz abhängig von
der Amplitude des Spannungssignals RS1 von der Grundfrequenz abweicht.
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Der Zufallssignalgenerator RSG1 umfasst ein
rückgekoppeltes
Schieberegister SR mit einem Takteingang CLKin, dem ein Taktsignal
CLK von einem Taktgenerator CG zugeführt ist, und eine Anzahl von
Ausgängen
Q1, Q2, Qm, Qn. Der interne Aufbau von zwei derartigen rückgekoppelten
Schieberegistern mit jeweils sechs Ausgängen ist beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt. Jedes der Schieberegister
SR weist eine Anzahl D-Flip-Flops
D1-D7 auf, wobei ein Flip-Flop mehr vorhanden ist als Ausgänge vorhanden
sind. Die Flip-Flops D1-D7 sind in einer Kaskade hintereinander
geschaltet, wobei jeweils der Eingang D eines Flip-Flops jeweils
an den Ausgang Q des in der Kaskade vorherigen Flip-Flops angeschlossen
ist. Der Ausgang Q des letzten Flip-Flops D7 in der Kaskade bildet
dabei den Ausgang Q6 der Schieberegister-Anordnung, die Ausgänge der
diesem Flip-Flop D7 vorgeschalteten Flip-Flops D2-D6 bilden jeweils
weitere Ausgänge
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 der Schieberegister-Anordnung. Das Eingangssignal des
ersten Flip-Flops D1 resultiert aus einer Verknüpfung von zwei oder mehr Ausgangssignalen
der anderen Flip-Flops, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Ausgänge der
Flip-Flops D5 und D6 mittels eines Exklusiv-ODER-Gatters XOR1 verknüpft und
dem Eingang D des ersten Flip-Flops D1 zugeführt sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 werden die Ausgangssignale
der Flip-Flops D3, D4, D5 und D7 mittels dreier Exklusiv-ODER-Gatter XOR2,
XOR3, XOR4 miteinander verknüpft
und dem Eingang D des ersten Flip-Flops D1 zugeführt.
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Die binären Werte an den Ausgängen Q1–Q6 (3 und 4) bzw. Q1, Q2, Qn, Qm (2) bilden zusammen ein binäres Wort,
dessen Wert sich mit jeder Taktperiode des Taktsignals CLK ändert. Die
zeitliche Abfolge der binären
Worte ist bekanntermaßen
pseudo-zufällig,
wobei die Periode, mit der sich die binären Worte wiederholen von der
Anzahl der verwendeten D-Flip-Flops abhängig ist und mit der Anzahl
der verwendeten Flip-Flops zunimmt.
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Dem rückgekoppelten Schieberegister
SR gemäß 2 ist eine Wandlereinheit
CON1 nachgeschaltet, die aus dem an den Ausgängen Q1, Q2, Qm, Qn des Schieberegisters
SR anliegenden binären
Wort das Zufallssignal RS1 generiert. Dazu weist die Wandlereinheit
CON1 Gewichtungselemente auf, die die an den Ausgängen Q1,
Q2, Qm, Qn anliegenden Ausgangssignale mit Gewichtungsfaktoren k1, k2,
km, kn multiplizieren, wobei den Gewichtungselementen ein Summierglied
SUM nachgeschaltet ist, welches die Ausgangssignale der Gewichtungsglieder
miteinander addiert, um das Zufallssignal RS1 zu bilden. Die Amplitude
dieses Zufallssignals RS1 ändert
sich pseudo-zufällig
mit dem an den Ausgängen Q1,
Q2, Qm, Qn des Schieberegisters SR anliegenden binären Wort,
wobei der Minimalwert dieses Zufallssignals RS1 Null ist, wenn an
allen Ausgängen des
Schieberegisters SR eine logische Null anliegt, und wobei das Zufallssignal
RS1 seinen Maximalwert annimmt, welcher aus der Summe aller Gewichtungsfaktoren
k1, k2, km, kn resultiert, wenn an allen Ausgängen des Schieberegisters SR
eine logische Eins anliegt.
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Bei n Ausgängen des Schieberegisters sind 2n unterschiedliche Frequenzen einstellbar,
zwischen denen die Freuenz des Oszillators OSC1 zufällig oder
pseudo-zufällig
variiert.
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Die Wandlereinheit CON1 mit den Gewichtungsgliedern
und dem Summierglied SUM ist beispielsweise als Widerstandsnetzwerk
realisierbar.
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Die Gewichtungsfaktoren k1, k2, km,
kn sind vorzugsweise so gewählt,
dass die Amplitude des Zufallssignals RS1 einer Verteilung unterliegt,
die einer gewünschten
spektralen Verteilung der Frequenz des Oszillatorsignals AS entspricht.
Die Koeffizienten k1–kn
können
beispielsweise dadurch gewonnen werden, dass die gewünschte Häufigkeitsverteilung der
Amplitude des Zufallssignals RS1, mit welchem das Oszillatorsignal
OS moduliert ist, mit zufälligen Phasen
versehen und eine inverse Fourier-Transformation durchgeführt wird,
wobei die Fourier-Transformation als Ergebnis die Gewichtungsfaktoren
k1–kn liefert.
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Die Gewichtungsfaktoren k1–kn sind
vorzugsweise so gewählt,
dass die Amplitudenverteilung des Zufallssignals RS1 einem gefärbten Rauschen,
insbesondere einem rosa Rauschen oder einem braunen Rauschen entspricht.
Betrachtet man die zeitliche Abfolge der Summe der jeweils pro Taktperiode
an den Ausgängen
Q1–Qn
des Schieberegisters SR anliegenden Signalen, so entspricht dies einem
weißen
Rauschen, welches durch die einem Filter entsprechende Wandlereinheit
CON1 gefärbt wird.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Oszillatoranordnung, welche ein Oszillatorsignal OS bereitstellt.
Ein Oszillator OSC2 ist in dem Ausführungsbeispiel als stromgesteuerter
Oszillator ausgebildet, dem an einem Eingang ein pseudo-zufälliges Stromsignal
Iosc zugeführt
ist. Das Stromsignal Iosc resultiert in dem Ausführungsbeispiel aus der Summe
eines wenigstens annäherungsweise
konstanten Stromsignals I1 und eines von einem Zufallssignalgenerator
RSG2 bereitgestellten pseudo-zufälligen
Signal RS2.
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Der Oszillator OSC2 stellt ein Oszillatorsignal
OS zur Verfügung,
dessen Frequenz von dem Stromsignal Iosc abhängig ist, wobei das Stromsignal
I1 die Grundfrequenz des Oszillatorssignals OS und das Signal RS2
die pseudo-zufälligen
Frequenzschwankungen dieses Oszillatorsignals OS bestimmt.
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Der Zufallssignalgenerator RSG2 umfasst ein
rückgekoppeltes
Schieberegister SR, das beispielsweise entsprechend der Schieberegister
in den 3 und 4 ausgebildet sein kann,
und eine dem Schieberegister nachgeschaltete Spannungs-Strom-Wandlereinheit CON2,
die an Ausgänge
Q1–Qn
des Schieberegisters SR angeschlossen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Wandlereinheit CON2,
das ein Stromsignal RS2 mit pseudo-zufälliger Amplitude bereitstellt,
ist beispielhaft in 6 dargestellt.
Die Wandlereinheit CON2 umfasst eine der Anzahl der Ausgänge Q1–Qn des
Schieberegisters SR entsprechende Anzahl Stromquellen Iq1–Iq6, die
parallel geschaltet sind und die jeweils einen in Reihe geschalteten
Schalter S1–S6
aufweisen, wobei die Schalter S1–S6 durch die Ausgangssignale des
rückgekoppelten
Schieberegisters SR angesteuert, d.h. geöffnet oder geschlossen werden.
Jedem Schalter S1–S6
ist dabei ein Ausgang des Schieberegisters SR zugeordnet. Weiterhin
unterscheiden sich die von den Stromquellen Iq1–Iq6 gelieferten Ströme dadurch,
dass die von den Stromquellen Iq2-Iq6 gelieferten Ströme jeweils
das 2kfache des Stromes der ersten Stromquelle
Iq1 betragen, wobei k zwischen 1 und 5 variiert. Mit der dargestellten Wandlereinheit
CON2 lassen sich Stromsignale RS2 erzeugen, deren Amplitude zwischen
0 und (27–1)·I1 variiert, wobei I1 der
von der ersten Stromquelle Iq1 gelieferte Strom ist. Die dargestellte
Anordnung liefert 27 unterschiedliche Ströme, so dass
das Oszillatorsignal 27 unterschiedliche
Frequenzen annehmen kann.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des stromgesteuerten Oszillators OSC2 gemäß 5. Dieser Oszillator OSC2 weist eine
Kettenschaltung mit IIL-Gliedern G1–G9 auf, wobei der interne
Aufbau eines jeden der IIL-Glieder in 8 darge stellt
ist. Jedes dieser Bauelemente umfasst einen npn-Bipolartransistor NPN, dessen Basisanschluss
B an einen Eingangsanschluss IN angeschlossen ist und dessen Kollektor-Anschluss K den Ausgangsanschluss
OUT bildet. Der Emitter-Anschluss
E des npn-Bipolartransistors ist an die Basis B eines pnp-Bipolartransistors PNP
angeschlossen, wobei der Kollektor dieses Bipolartransistors PNP
an den Eingangsanschluss IN bzw. die Basis B des npn-Bipolartransistors
NPN angeschlossen ist. Der Emitter-Anschluss E des pnp-Bipolartransistors
bildet einen Injektionsanschluss IJ. 8b zeigt
das Strukturschaltbild einer Anordnung gemäß 8a.
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Zur Realisierung des stromgesteuerten
Oszillators OSC2 sind eine Anzahl derartiger IIL-Glieder hintereinander
geschaltet, wobei der Ausgang eines IIL-Gliedes jeweils an den Eingang
eines benachbarten IIL-Gliedes angeschlossen ist. Der Ausgang des IIL-Gliedes
G9, an dem das Oszillatorsignal OS anliegt, ist an den Eingang des
ersten IIL-Gliedes G1 der Reihe angeschlossen. Den Injektionsanschlüssen IJ
der IIL-Glieder ist jeweils das Stromsignal Iosc zugeführt, dessen
Amplitude pseudo-zufällig
variiert. Jedes der IIL-Glieder funktioniert als Invertierer, der das
an seinem Eingang liegende Signal invertiert als Ausgangssignal
weitergibt. Die Gatterlaufzeiten, d.h. die Zeitdauern, die vergehen,
bis eine Signaländerung
am Eingang IN in eine Signaländerung
am Ausgang OUT umgesetzt ist, ist dabei von der Stromstärke des
am Injektionseingang IJ anliegenden Stromes abhängig. Die ungerade Anzahl der
IIL-Glieder mit jeweils invertierender Wirkung sorgt dafür, dass
das Oszillatorsignal OS im zeitlichen Wechsel einen High-Pegel oder
einen Low-Pegel annimmt. Die Zeitdauer, die zwischen einem Wechsel
von einem High-Pegel zu einem Low-Pegel und umgekehrt vergeht, ist dabei
von der Summe der Gatterlaufzeiten der IIL-Glieder G1–G9 abhängig, die
wiederum durch das pseudo-zufällige
Signal Iosc einstellbar ist. Die Frequenz des Oszillatorsignals
OS schwankt damit pseudo-zufällig abhängig von
dem Signal Iosc.
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9 zeigt
beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Frequenz fos des Oszillatorsignals
OS über der
Zeit bei einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung
gemäß 5. 10 veranschaulicht ein mögliches
Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung mit einer
Oszillatoranordnung OA und einem Pulsweitenmodulator PWM in einem
Schaltwandler. Die Ansteuerschaltung dient zur Ansteuerung eines
Leistungstransistors S, der in Reihe zu der Primärspule Lp eines Transformators
TR geschaltet ist, wobei die Primärspule Lp induktiv mit einer
Sekundärspule
Ls gekoppelt ist, der eine Gleichrichteranordnung Ds,Cs nachgeschaltet
ist, die zur Versorgung einer nicht näher dargestellten Last mit
einer Ausgangsspannung Uout dient. Der als Schaltelement dienende
Transistor S wird nach Maßgabe
des Oszillatorsignals OS leitend angesteuert, wobei die Dauer, für welche
der Transistor S jeweils leitend angesteuert ist, von der Ausgangsspannung Uout
abhängig
ist, um die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers derart zu regeln,
das die Ausgangsspannung Uout lastunabhängig annäherungsweise konstant ist.
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Während
des Ein- und Ausschaltens des Transistors S wird eine elektromagnetische
Störstrahlung
erzeugt, deren Frequenz von der Oszillatorfrequenz OS abhängig ist.
Da diese Oszillatorfrequenz OS erfindungsgemäß zufällig oder pseudo-zufällig innerhalb
eines vorgegebenen Frequenzbereiches variiert, ist die abgegebene
Störleistung über ein
vorgegebenes Frequenzband verteilt, wodurch das Störsignal
innerhalb dieses Frequenzbandes einem Rauschsignal gleicht bzw.
von einem Rauschsignal kaum zu unterscheiden ist und daher insbesondere
bei Funkübertragungen
weniger störend
in Erscheinung tritt.
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- XOR1,
XOR2
- Exklusiv-ODER-Gatter
- XOR3,
XOR4
- Exklusiv-ODER-Gatter
- CG
- Taktgenerator
- CLK
- Taktsignal
- CLKin
- Takteingang
- CON1
- Wandlereinheit
- CON2
- Wandlereinheit
- CS
- Ansteuersignal
- Cs
- Kondensator
- D1,...,D7
- D-Flip-Flop
- Ds
- Diode
- FS
- Regelsignal
- G1,...,G9
- II1-Gatter
- I1
- Strom
- IJ
- Injektionseingang
- IN
- Eingang
- Iosc
- pseudo-zufälliges Stromsignal
- iQ1–iQ6
- Stromquellen
- k1,
k2, km, kn
- Gewichtungsfaktoren
- Lp
- Primärspule
- Ls
- Sekundärspule
- NPN
- npn-Bipolartransistor
- OA
- Oszillatoranordnung
- OS
- Oszillatorsignal
- OSC
- Oszillator
- OSC1
- Oszillator
- OSC2
- Oszillator
- OUT
- Ausgang
- PNP
- pnp-Bipolartransistor
- PWM
- Pulsweitenmodulator
- Q1,
Q2, Qm, Qn
- Ausgänge des
rückgekoppelten
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- Schieberegisters
- RS
- Zufallssignal
- RS1
- Zufallssignal
- RS2
- Stromsignal
- RSG
- Zufallssignalgenerator
- RSG1
- Zufallssignalgenerator
- RSG2
- Zufallssignalgenerator
- S
- Schaltelemente
- S1–S6
- Schalter
- SR
- rückgekoppeltes
Schieberegister
- SUM
- Summierglied
- TR
- Transformator
- Uout
- Ausgangsspannung