DE10225406B4

DE10225406B4 - Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler und Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Schalters

Info

Publication number: DE10225406B4
Application number: DE10225406A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2022-06-08
Also published as: DE10225406A1; US6744241B2; US20030227279A1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters (S) in einem Eingangsklemmen (EK1, EK2) zum Zuführen einer Eingangsspannung (Uin) und Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (Uout) aufweisenden Schaltwandler, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
– Bereitstellen eines Schwellensignals (DS),
– Bereitstellen eines Rampensignals (RPS) im Takt eines Taktsignals (OS; OS1), wobei die Steilheit des Rampensignals (RPS) von der Ausgangsspannung (Uout) abhängig ist,
– Vergleichen des Schwellensignals (DS) mit dem Rampensignal und Ansteuern des Schalters (S) abhängig von dem Vergleichsergebnis,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schwellensignal (DS) durch Tiefpassfilterung eines Signals gebildet ist, das abhängig ist von einem Quotienten aus einem von einem Eingangsstrom (Iin) des Schaltwandlers abhängigen ersten Signal (IS; Us) und einem von der Ausgangsspannung (Uout) abhängigen zweiten Signal (RS; RS1), wobei eine Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung von dem zweiten Signal (Rs; RS1) abhängig ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 und eine Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltwandler gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der US 6,307,361 B1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung wird ein von einem Eingangsstrom eines Schaltwandlers abhängiges Signal mit einem getakteten Rampensignal oder Sägezahnsignal, dessen Steilheit von der Ausgangsspannung des Schaltwandlers abhängig ist, verglichen. Ein Schalter, der die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers regelt, wird dabei getaktet, abhängig von einem Vergleich des Schwellensignals mit dem Rampensignal angesteuert, wobei der Schalter eingeschaltet wird, wenn das Rampensignal den Wert des Schwellensignals erreicht, und ausgeschaltet wird, wenn das Rampensignal zurückgesetzt wird. Steigt dabei die Eingangsspannung des Schaltwandlers, so verkürzt sich die Einschaltdauer, um die Leistungsaufnahme konstant zu halten. Sinkt die Ausgangsspannung wegen einer gesteigerten Leistungsaufnahme einer an den Schaltwandler angeschlossenen Last, so verlängert sich die Einschaltdauer, um die Leistungsaufnahme zu steigern und dadurch die Ausgangsspannung nachzuregeln.

Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung sind der Eingangsstrom und damit das Schwellensignal umgekehrt proportional zum Quadrat der Eingangsspannung. Die Eingangsspannung ist üblicherweise eine sinusförmige oder sinusbetragförmige Spannung mit einer Frequenz, die wesentlich geringer ist als die Taktfrequenz des Schalters. Variiert der Effektivwert der Eingangsspannung zwischen 90V und 270V (=3·90V), wie dies für Schaltwandler in sogenannten Weitbereichsnetzteilen der Fall ist, so ergibt aufgrund der Eingangsspannung eine Dynamik für den Schwellenwert von 1:3² bzw. 1:9. Der Eingangsstrom ist bei konstanter Ausgangsspannung darüber hinaus proportional von der an die Last abgegebenen Leistung. Variiert diese Leistungsaufnahme beispielsweise um den Faktor 1:20, so ergibt sich aufgrund dieser Schwankungen eine Dynamik für den Schwellenwert von 1:20. Mit anderen Worten: Wenn bei der Eingangsspannung mit dem größten Effektivwert und bei der minimalen Leistungsaufnahme der Last, der dann vorliegende kleinste Schwellenwert x_min beträgt, so beträgt der größte Schwellenwert, der sich bei der Eingangsspannung mit dem kleinsten Effektivwert und der größten Leistungsaufnahme der Last ergibt x_max= 180·x_min.

Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Rampensignals muss dabei so ausgelegt sein, dass sie ein Rampensignal erzeugt das einen ebenso großen Dynamikbereich hat, um einmal pro Taktperiode den Schwellenwert zu erreichen und dadurch den Schalter einzuschalten. Außerdem muss der Vergleicher, dazu ausgelegt sein über diesen Dynamikbereich ein exaktes Vergleichsergebnis zu liefern.

Der Schaltwandler gemäß der US 6,307,361 B1 ist als Boost Converter ausgebildet, dessen Leistungsaufnahme mit zunehmender Einschaltdauer des Schalters pro Taktperiode zunimmt.

Aus Sam Ben-Yaakov, Ilya Zeltser: "PWM Converters with Resistive Input", IEEE TRANCEACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 45, NO.3, Juni 1998 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem als Boost Converter ausgebildeten Schaltwandlers bekannt, bei dem der netzseitige Eingangstrom gefiltert und mit einer von der Ausgangsspannung abhängigen Regelgröße multipliziert wird, wobei das gebildete Multipli kationssignal mit einem Rampensignal oder Sägezahnsignal verglichen wird, um basierend auf dem Vergleichsergebnis Ausschaltperioden des Schalters in dem Schaltwandler festzulegen. Bei diesem Verfahren müsste bei Eingangsspannungen mit hohen Effektivwert und bei geringen Lasten die von der Ausgangsspannung abhängige Regelgröße sehr groß werden, sodass ein Multiplizierer mit sehr großem Linearitätsbereich benötigt wird, der nur mit hohem Schaltungsaufwand realisierbar ist.

Aus Hwang, Chee, Ki: "New Universal Control Methods for Power Factor Correction and DC to DC Converter Applications", IEEE, 1997, ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, bei welchem ein von einem Eingangsstrom des Schaltwandlers abhängiges Schwellensignal mit einem Rampensignal mit variable Amplitude und Steilheit verglichen wird, wobei der Schalter des Schaltwandlers abhängig von einem Vergleich des Schwellensignals mit dem Rampensignal angesteuert wird. Auch bei diesem Verfahren müsste die Amplitude des variablen Rampensignals einen sehr großen Dynamikbereich besitzen, um einmal pro Taktperiode das Schwellensignal zu erreichen und dadurch den Schalter einzuschalten. Außerdem werden hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Vergleichanordnung gestellt, die diese beiden über einen großen Dynamikbereich verfügenden Signale, das Schwellensignal und das Rampensignal, vergleicht.

Aus der DE 197 25 842 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler bekannt, bei welchem der Momentanwert der Eingangsspannung mit einer von der Ausgangsspannung abhängigen Regelgröße multipliziert wird, wobei ein Differenzsignal aus dem Multiplikationssignal und einem von dem Eingangsstrom abhängigen Signal einem Pulsweitenmodulator zur Erzeugung von Ansteuersignalen für den Schalter zu geführt wird. Das Regelsignal wird dabei mit einer exponentiellen Übertragungsfunktion beaufschlagt, bevor Sie dem Mul-tiplizierer zugeführt wird.

In der US 6,034,513 ist ein Hochsetzsteller beschrieben, bei dem die Steilheit eines Rampensignals, welches zur Ansteuerung des Schalters mit einem Schwellensignal verglichen wird, abhängig von einer Ausgangsspannung des Hochsetzstellers eingestellt wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler zur Verfügung zu stellen, wobei ein Schwellensignal mit einem von einer Ausgangsspannung des Schaltwandlers abhängigen Rampensignal verglichen wird, um einen Schalter des Schaltwandlers abhängig von dem Vergleichsergebnis anzusteuern, und das/die bei Schaltwandlern mit einem vorgegebenen Dynamikbereich für die Eingangsspannung und einem vorgegebenen Dynamikbereich für die Leistungsaufnahme der Last einsetzbar sind.

Dieses Ziel wird durch ein verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung gemäß der Merkmale des Anspruchs 11 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Eingangsklemmen zum Zuführen einer Eingangsspannung und Ausgangsklemmen zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung aufweisenden Schaltwandler sieht vor, ein Schwellensignal und ein Rampensignal bereitzustellen und das Schwellensignal mit dem Rampensignal zu vergleichen und den Schalter abhängig von dem Vergleichsergebnis anzusteuern. Das Schwellensignal ist dabei einem Quotienten aus einem von einem Eingangsstrom des Schaltwandlers abhängigen ersten Signal und einem von der Ausgangsspannung abhängigen zweiten Signal abhängig, und das Rampensignal liegt im Takt eines Taktsignals vor und besitzt eine Steilheit, die von der Ausgangsspannung abhängig ist.

Die Verwendung eines Schwellensignals, das von dem Quotienten eines von dem Eingangsstrom abhängigen Signals und eines von der Ausgangsspannung abhängigen Signals abhängig ist, reduziert den Dynamikbereich des Schwellensignals. Damit ist ein Rampensignal mit einem ebenfalls kleineren Dynamikbereich erforderlich, wodurch auch die Anforderungen an eine den Vergleich zwischen dem Schwellensignal und dem Rampensignal durchführende Vergleicherschaltung sinken.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein von der Ausgangsspannung abhängiges Regelsignal bereitgestellt wird, wobei das von der Ausgangsspannung abhängige zweite Signal über eine nichtlineare Kennlinie zu diesem Regelsignal in Beziehung steht. Vorzugsweise ist diese nichtlineare Kennlinie eine exponentielle Kennlinie. Hierdurch verbessert sich das Gesamt-Regelverhalten, insbesondere bei großen Änderungen der Eingangsspannung, wie dies bereits grundsätzlich in der DE 197 25 842 A1 beschrieben ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auch die Steilheit des Rampensignals über eine nichtlineare Kennlinie, vorzugsweise eine exponentielle Kennlinie, zu dem von der Ausgangsspannung abhängigen Regelsignal in Beziehung steht, was ebenfalls einer Verbesserung des Gesamt-Regelverhaltens dient.

Das genannte Regelsignal wird vorzugsweise durch Bilden der Differenz zwischen einem Referenzspannungssignal und einem zu der Ausgangsspannung proportionalen Signal und anschließendes Filtern des Differenzsignals gebildet. Der zur Bildung eines solchen Regelsignals verwendete Regler ist vorzugsweise ein Proportional-Regler oder ein Proportional-Integral-Regler.

Das zweite Signal, zu dessen Kehrwert das Schwellensignal proportional ist, und die Steilheit des Rampensignals können über dieselbe Kennlinie zu diesem Regelsignal in Beziehung stehen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Signal und die Steilheit des Rampensignals über unterschiedliche Kennlinien zu dem Regelsignal in Beziehung stehen, wobei das Produkt dieser beiden Kennlinien vorzugsweise eine exponentielle Kennlinie ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zur Ansteuerung eines Schalter in einem als Boost-Converter ausgebildeten Schaltwandler, wobei der Schalter vorzugsweise dann eingeschaltet wird, wenn das Rampensignal das Schwellensignal erreicht, und im Takt eines die Periodendauer der einzelnen Rampen vorgebenden Taktsignals ausgeschaltet wird. Bei einem Boost-Converter steigt die Leistungsaufnahme mit zunehmender Einschaltdauer dieses Schalters. Umgekehrt sinkt die Leistungsaufnahme, wenn der Schalter während jeder Taktperiode nur jeweils für einen Bruchteil der Periodendauer geschlossen ist. Der Begriff "Rampensignal" steht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung für ein Signal, welches periodisch zu Beginn einer Periodendauer oder nach einer vorgegebenen Zeit nach Beginn der Periodendauer ansteigt und das am Ende der Periodendauer auf einen Ausgangswert zurückgesetzt wird. Kurze Einschaltzeiten werden dabei dann erreicht, wenn die Steilheit des Rampensignals und der Amplitudenwert des Schwellensignals so aufeinander abgestimmt sind, dass das Rampensignal das Schwellensignal erst kurz vor dem Ende der Periodendauer, wenn also ein geringer Unterschied zwischen der Amplitude des Schwellensignals und dem während einer Periode maximal erreichbaren Amplitudenwert des Rampensignals besteht. Kommt es aufgrund parasitärer Effekte zu geringen Schwankungen des Schwellensignals bei einer kleinen Leistungsaufnahme, so kann es vorkommen, dass der Schalter während einer Periodendauer zu früh oder gar nicht geschlossen wird, was der Regelung der Ausgangsspannung abträglich ist. Um dies zu verhindern, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Steigung des Rampensignals eine vorgegebene Zeitdauer vor dem Zurücksetzen des Rampensignals zunimmt, um dadurch sicherzustellen, dass das Rampensignal den Wert des Schwellensignals bevorzugt zum Ende einer Taktperiode erreicht, so dass der Schalter innerhalb jeder Taktperiode mit höherer Wahrscheinlichkeit am Ende eingeschaltet wird. Die Zunahme der Steigung des Rampensignals kurz vor dem Zurücksetzen des Rampensignals kann dabei konstant vorgegeben sein oder von der Ausgangsspannung bzw. einem von der Ausgangsspannung abhängigen Regelsignal abhängig sein.

Vorzugsweise wird das Schwellensignal vor dem Vergleich mit dem Rampensignal einer Tiefpassfilterung mit einer von dem zweiten Signal abhängigen Grenzfrequenz unterzogen. Hierdurch kann bei einer geringen Leistungsaufnahme, wenn der Schaltwandler im Discontinuous Current Mode (DCM) arbeitet, die Leistungsfaktor-Korrektor des Schaltwandlers verbessert werden, während bei hoher Leistungsaufnahme, wenn der Schaltwandler im Continuous Current Mode (CCM) arbeitet, eine hohe Stabilität des Stromregelkreises erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltwandler umfasst eine als Dividierschaltung ausgebildete Schwellensignalerzeugungsschaltung, der ein von einem Eingangsstrom des Schaltwandlers abhängiges erstes Signal und ein von der Ausgangsspannung des Schaltwandlers abhängiges zweites Signal zugeführt sind und die ein Ausgangssignal bereitstellt, das von dem Quotienten des ersten Signals und des zweiten Signals abhängig ist. Die Ansteuerschaltung umfasst weiterhin eine Rampensignalerzeugungsschaltung, die im Takt eines Taktsignals ein Rampensignal erzeugt, wobei die Steilheit des Rampensignals wenigstens abschnittsweise von der Ausgangsspannung abhängig ist, und eine Vergleicherschaltung, der das Schwellensignal und das Rampensignal zugeführt sind und die ein Ausgangssignal bereitstellt, abhängig von dem der Schalter angesteuert ist.

Die Dividierschaltung umfasst bei einem Ausführungsbeispiel ein Tiefpassfilter mit einer von dem zweiten Signal abhängigen Grenzfrequenz, an dessen Ausgang das Schwellensignal bereitsteht. Durch dieses Tiefpassfilter kann die Leistungsfaktor-Korrekur des Schaltwandlers bei kleiner Leistungsaufnahme und die Regelstabilität des Stromregelkreises bei großer Leistungsaufnahme positiv beeinflusst werden.

Zur Bereitstellung eines von dem Eingangsstrom des Schaltwandlers abhängigen Signals ist vorzugsweise ein Stromerfassungswiderstand vorgesehen, der in den Eingangsstromkreis des Schaltwandlers geschaltet ist und dessen einer Anschluss an die Dividierschaltung angeschlossen ist. Die Dividierschaltung umfasst vorzugsweise einen Multiplizierer, dessen einem Eingang das zweite Signal und dessen anderem Eingang das Schwellensignal zugeführt ist und an dessen Ausgang ein Strom bereitsteht, der von dem Produkt des zweiten Signals und des Schwellensignals abhängig ist. Die Dividierschaltung umfasst weiterhin einen Widerstand, der zwischen den Ausgang des Mul-tiplizierers und den Stromerfassungswiderstand geschaltet ist, und einen Differenzverstärker, dessen einer Eingang an den Ausgang des Multiplizierers angeschlossen ist, dessen anderer Eingang an einem Bezugspotential liegt und an dessen Ausgang das Schwellensignal anliegt. Das Bezugspotential ist vorzugsweise auch das Potential, gegen welches die Ausgangsspannung anliegt und an den der der Dividierschaltung abgewandte Anschluss des Stromerfassungswiderstandes angeschlossen ist. Der Stromerfassungswiderstand, der Multiplizierer mit dem nachgeschalteten Widerstand und der Differenzverstärker funktionieren als Regelkreis, wobei sich der von dem Mul-tiplizierer gelieferte Strom stets so einstellt, dass der Spannungsabfall über dem dem Multiplizierer nachgeschalteten Widerstand dem Spannungsabfall über dem Stromerfassungswiderstand entspricht, so dass der von dem Multiplizierer gelieferte Strom proportional zum Eingangsstrom des Schaltwandlers ist. Betrachtet man den Spannungsabfall über dem Stromerfassungswiderstand bzw. den Ausgangsstrom des Multiplizierers als erstes Signal, so resultiert dieses erste Signal aus dem Produkt des Schwellensignals und des zweiten Signals, das Schwellensignal ergibt sich dann aus dem Quotienten des ersten Signals und des zweiten Signals.

Bei einer Ausführungsform der Ansteuerschaltung ist der Ausgang des Differenzverstärkers über eine kapazitive Schaltung an den Eingang des Differenzverstärkers, der an den Ausgang des Multiplizierers angeschlossen ist, zurückgekoppelt. Hieraus resultiert ein Tiefpassverhalten mit einer von dem zweiten Signal abhängigen Grenzfrequenz.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Filter mit einer nichtlinearen Kennlinie vorgesehen, dessen Eingang ein von der Ausgangsspannung abhängiges Signal zugeführt ist und an dessen Ausgang das zweite Signal zur Verfügung steht, wo bei das Filter vorzugsweise eine exponentielle Kennlinie aufweist.

Das von der Ausgangsspannung abhängige Signal, das dem Filter zugeführt ist oder welches dem Dividierer unmittelbar als zweites Signal und der Rampensignalerzeugungsschaltung unmittelbar zur Einstellung der Steilheit des Rampensignals zugeführt sein kann, steht vorzugsweise am Ausgang eines Reglers zur Verfügung, der als Proportional-Regler oder Proportional-Integral-Regler ausgebildet ist, und dem ein von der Ausgangsspannung proportionales Spannungssignal zugeführt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Filter vorgesehen, dem ein von der Ausgangsspannung abhängiges Signal, insbesondere das am Ausgang des Reglers anliegende Signal, zugeführt ist und welches das zweite Signal und ein Steilheitssignal bereitstellt. Das Steilheitssignal ist dabei der Rampensignalerzeugungsschaltung zur Einstellung der Steilheit des Rampensignals zugeführt, und das Produkt aus dem zweiten Signal und dem Steilheitssignal steht über eine nichtlineare Kennlinie, vorzugsweise eine exponentielle Kennlinie, zu dem Filtereingangssignal in Beziehung steht.

Das Vorsehen derartiger Filter mit nichtlinearen Kennlinien verbessert das Gesamt-Regelverhalten eines Schaltwandlers mit der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, insbesondere bei großen Sprüngen der Eingangsspannung des Schaltwandlers.

Das Oszillatorsignal, in dessen Takt die Rampensignalerzeugungsschaltung das Rampensignal bereitstellt, wird von einer Oszillatorschaltung geliefert. Diese Oszillatorschaltung liefert vorzugsweise ein zweites Oszillatorsignal, das der Rampensignalerzeugungsschaltung zugeführt ist, wobei die Rampen signalerzeugungsschaltung dazu ausgebildet ist, die Steilheit des Rampensignals im Takt des zweiten Oszillatorsignals zu versteilern. hierdurch kann gewährleistet werden, dass auch bei kleinen Leistungsaufnahmen der Schalter pro Taktperiode einmal geschlossen wird, was sich positiv auf das Stabilitätsverhaltens eines Schaltwandlers mit der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung auswirkt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt
1 ein Schaltbild eines Schaltwandlers mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, die eine Dividierschaltung, eine Rampensignalerzeugungsschaltung und eine Vergleicherschaltung aufweist,
2 eine detaillierte Darstellung einer Ansteuerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 zeitliche Verläufe ausgewählter, in 2 eingezeichneter Signale,
4 eine Ansteuerschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
5 zeitliche Verläufe ausgewählter, in 4 eingezeichneter Signale bei normaler bzw. hoher Leistungsaufnahme (5a) und bei geringer Leistungsaufnahme (5b),
6 eine detaillierte Darstellung einer Ansteuerschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
7 Übertragungsfunktionen eines in 6 dargestellten Filters (FG2).
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltwandlers mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung. Der Schaltwandler umfasst Eingangsklemmen EK1, EK2 zum Anlegen einer Eingangsspannung Uin und Ausgangsklemmen AK1, AK2 zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung Uout für eine Last. Die Eingangsspannung Uin ist in dem Ausführungsbeispiel aus einer Netzeingangsspannung Uin' mittels eines Brückengleichrichters GL gebildet. Die Netzeingangsspannung Uin' ist üblicherweise eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz und einem Effektivwert zwischen 90 V und 265 V bzw. einer Spannungsamplitude zwischen 172 V und 374, die je nach Land variieren kann. Die Eingangsspannung Uin ist dementsprechend eine sinusbetragförmige Spannung.
Aufgabe des Schaltwandlers ist es, diese sinusbetragförmige Eingangsspannung Uin in eine möglichst lastunabhängige konstante Ausgangsspannung Uout zu wandeln und dabei einen Eingangsstrom Iin zu realisieren, der wenigstens annäherungsweise proportional zu der Eingangsspannung Uin ist.
Der in 1 dargestellte Schaltwandler ist als Boost-Converter ausgebildet, der eine Reihenschaltung mit einer Spule L und einem Schalter S zwischen den Eingangsklemmen EK1, EK2 aufweist, wobei parallel zu dem Schalter S eine Gleichrichteranordnung mit einer Diode D und einem Ausgangskondensator C1 geschaltet ist. Die Ausgangsspannung Uout ist über dem Ausgangskondensator C1 abgreifbar, der zwischen die Ausgangsklemmen AK1, AK2 geschaltet ist und an dem eine gestrichelt eingezeichnete Last angeschlossen werden kann. Die Spule L nimmt bei geschlossenem Schalter S Energie über die Eingangsspannung Uin auf und gibt diese Energie bei anschließend geöffnetem Schalter S über die Diode an den Ausgangskondensator C1 bzw. an die Ausgangsklemmen AK1, AK2 ab. Der Schalter S wird getaktet geöffnet und geschlossen, wobei der Duty-Cycle, also das Verhältnis der Zeitdauer, für welche der Schalter geschlossen ist, zu der Periodendauer die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers bestimmt.
Unter der Annahme, dass die Taktfrequenz, mit welcher der Schalter getaktet angesteuert wird, wesentlich größer ist, als die Frequenz der Eingangsspannung Uin gilt, dass der Mittelwert des Eingangsstromes Iin proportional ist zu dem Momentanwert der Eingangsspannung Uin. Mit steigender Taktfrequenz gilt diese Proportionalität nicht nur für den Mittelwert des Eingangsstroms Iin sondern auch für den Momentanwert des Eingangsstroms Iin.
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des Schalters S, die ein getaktetes Ansteuersignal AS bereitstellt, umfasst eine Dividierschaltung 20, der ein von dem Eingangsstrom Iin abhängiges erstes Signal IS und ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges zweites Signal RS zugeführt sind und die an einem Ausgang ein Schwellensignal DS bereitstellt, welches einer Vergleicheranordnung 40 zugeführt ist. Dieses Schwellensignal DS ist abhängig von dem Quotienten aus dem eingangsstromabhängigen ersten Signal IS und dem von der Ausgangsspannung Uout abhängigen zweiten Signal RS.
Das erste Signal IS wird in dem Ausführungsbeispiel durch eine Strommessanordnung 50 bereitgestellt, die in den Eingangsstromkreis des Schaltwandlers geschaltet ist. Das von der Ausgangsspannung Uout abhängige zweite Signal RS wird durch einen Regler 10 bereitgestellt, dem ein zu der Ausgangsspannung Uout proportionales Signal zugeführt ist, wobei dieses zu der Ausgangsspannung Uout proportionale Signal an einem zwischen die Ausgangsklemmen AK1, AK2 geschalteten Spannungsteiler R1, R2 abgegriffen wird. Der das zweite Signal RS bereitstellende Regler 10 ist vorzugsweise ein Proportional-Regler oder ein Proportional-Integral-Regler.
Die Ansteuerschaltung umfasst weiterhin eine Rampensignalerzeugungsschaltung 30, die im Takt eines Oszillatorsignals OS ein Rampensignal RPS zur Verfügung stellt. Das Oszillatorsignal OS wird durch einen Oszillator OSC bereitgestellt, der an die Rampensignalerzeugungsschaltung 30 angeschlossen ist. Die Steilheit des Rampensignals RPS ist in dem Ausführungsbeispiel von dem zweiten Signal RS abhängig, welches ebenfalls der Rampensignalerzeugungsschaltung zugeführt ist.
Die Vergleicherschaltung 40 vergleicht das Schwellensignal DS mit dem Rampensignal RPS, wozu das Schwellensignal DS und das Rampensignal RPS einem Komparator K zugeführt sind, dessen Ausgangssignal KS einer den Schalter S ansteuernden Logikschaltung LG zugeführt ist.
Die Logikschaltung LG ist dazu ausgebildet, den Schalter S dann zu schließen, wenn das Rampensignal RPS den Wert des Schwellensignals DS erreicht. Die Rampensignalerzeugungs schaltung 30 erzeugt das Rampensignal beispielsweise derart, dass mit jeder fallenden Flanke eines Oszillatorsignals die Amplitude des Rampensignals mit einer von dem zweiten Signal RS abhängigen Steilheit ansteigt und mit der nächsten steigenden Flanke des Taktsignals OS zurückgesetzt wird, um erneut anzusteigen. Bei der Schaltung gemäß 1 wird der Schalter S dann wieder geöffnet, wenn das Rampensignal RPS zurückgesetzt wird, bzw. mit jedem Takt des Oszillatorsignals OS. Hierzu ist der Logikschaltung LG auch das Oszillatorsignal OS zugeführt.
3 veranschaulicht das mittels der Ansteuerschaltung gemäß 1 durchgeführte Verfahren zur Ansteuerung des Schalters S anhand zeitlicher Verläufe des Oszillatorsignals OS, des Rampensignals RPS, des Schwellensignals DS und des Ansteuersignals AS. Diese Signale sind in 3 in drei Zeitdiagrammen untereinander dargestellt.
Wie in Figur dargestellt ist, besteht das Rampensignal RPS aus zeitlich aufeinanderfolgenden, innerhalb einer Taktperiode des Oszillatorsignals OS jeweils ansteigenden Rampen, wobei diese "Rampen" in dem Beispiel mit jeder steigenden Flanke des Oszillatorsignals OS auf einen vorgegebenen wert zurückgesetzt werden und ab einer darauffolgenden fallenden Flanke des Oszillatorsignals erneut ansteigen. Die einzelnen Taktimpulse des Oszillatorsignals OS sind kurz im Vergleich zur Gesamtperiodendauer, so dass die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rampen ebenfalls kurz im Vergleich zur Zeitdauer der Rampen sind.
Die Steilheit, mit welcher die einzelnen Rampen innerhalb jeder Taktperiode des Oszillatorsignals OS ansteigen, ist über das zweite Signal RS, welches die Ausgangsspannung des Spannungswandlers regelt, von der Ausgangsspannung Uout abhängig.
Das Ansteuersignal AS wird abhängig von einem Vergleich des Rampensignals RPS mit dem Schwellensignal DS erzeugt, wobei das Ansteuersignal AS einen High-Pegel annimmt, um den Schalter S zu schließen, wenn das Rampensignal RPS den Wert des Schwellensignals DS erreicht und wobei das Ansteuersignal AS den Wert eines Low-Pegels annimmt, wenn das Rampensignal RPS mit der nächsten steigenden Flanke des Taktsignals OS zurückgesetzt wird.
Das zweite Signal RS dient als lastabhängiges Regelsignal zur Steuerung der Leistungsaufnahme des Schaltwandlers. Der Wert dieses zweiten Signals RS steigt, wenn die Leistungsaufnahme der Last zunimmt, wobei dann die Steilheit des Rampensignals RPS zunimmt, so dass das Rampensignal RPS das Schwellensignal DS zeitlich früher schneidet, so dass sich die Dauer der Ansteuerimpulse AS verlängert, um so die Leistungsaufnahme zu steigern.
Das Regelsignal RS wird aus der Ausgangsspannung Uout abgeleitet, wobei das Regelsignal RS proportional zu der Ausgangsspannung Uout bzw. proportional zu der Differenz zwischen einem Sollwert und der Ausgangsspannung Uout sein kann, wobei dann eine lastabhängige Regelabweichung zwischen einem Sollwert und der Ausgangsspannung Uout verbleibt. Das Regelsignal RS kann auch über eine Proportional-Integral-Beziehung zu der Ausgangsspannung Uout in Beziehung stehen, wodurch sich eine Regelabweichung zwischen der Ausgangsspannung Uout und einem Sollwert reduzieren lässt, wodurch sich allerdings die Reaktionsdauer auf Änderungen der Last bzw. der Ausgangsspannung vergrößert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchem nicht nur die Steilheit des Rampensignals RPS von der Leistungsaufnahme der Last abhängig ist, sondern auch das Schwellensignal DS, ist zum Einen der Dynamikbereich des Schwellensignals DS gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen reduziert, zum Anderen reagiert das System schneller auf Schwankungen der Leistungsaufnahme der Last. Steigt die Leistungsaufnahme der Last, so steigt zum Einen die Steilheit des Rampensignals RPS, zum Anderen reduziert sich die Amplitude des Schwellensignals DS, da dieses Schwellensignal DS proportional zum Kehrwert des Regelsignals RS ist, so dass diese beiden gleichwirkenden Effekte einige stärkere Leistungsaufnahme bewirken.
Sinkt der Momentanwert der oszillierenden Eingangsspannung, so sinkt entsprechend der Schwellenwert DS, woraus längere Einschaltdauern resultieren, um insgesamt die Leistungsaufnahme konstant zu halten, wie anhand des strichpunktiert eingezeichneten Verlaufs eines Schwellensignals TS und des zugehörigen strichpunktierten Verlauf des Ansteuersignals in 3 dargestellt ist.
Insgesamt ist bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung die Leistungsaufnahme quadratisch von dem Regelsignal RS abhängig, da das Regelsignal RS zum einen die Steilheit des Rampensignals RS und zum anderen die Amplitude des Schwellensignals DS beeinflusst.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Spannungswandlers gemäß 1 mit beispielhaften konkreten Verschaltungen des Reglers 10, der Dividierschaltung 20 und der Rampensignalerzeugungsschaltung 30.
Der Regler 10 umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Referenzspannungsquelle Vref und einen Operationsverstärker OPV1, der ein zu der Ausgangsspannung Uout proportionales, durch den Spannungsteiler R1, R2 bereitgestelltes Signal mit der Referenzspannung Vref vergleicht. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers OPV1 wird einer Filterschaltung 12 zugeführt, an deren Ausgang das Regelsignal RS anliegt, wobei der Regler 10 insgesamt vorzugsweise ein Proportionalverhalten oder ein Proportional-Integral-Verhalten besitzt und das von der Ausgangsspannung abhängige Regelsignal RS bereitstellt.
In den Eingangsstromkreis des Spannungswandlers ist in dem Ausführungsbeispiel ein Stromerfassungswiderstand Rs geschaltet, über dem eine von dem Eingangsstrom Iin proportionale Spannung Us anliegt. Dieser Stromerfassungswiderstand Rs ist mit einer Klemme an Bezugspotential GND angeschlossen, gegen das die Ausgangsspannung Uout anliegt, und ist mit seiner anderen Klemme an einen Eingang der Dividierschaltung 20 angeschlossen, wobei das Regelsignal Rs einem anderen Eingang der Dividierschaltung 20 zugeführt ist. An einem Ausgang der Dividierschaltung 20 steht das Schwellensignal DS zur Verfügung. Die Dividierschaltung 20 umfasst in dem Ausführungsbeispiel einen Multiplizierer MUL, dessen einem Eingang das Regelsignal RS und dessen anderem Eingang das Schwellensignal DS zugeführt ist. Am Ausgang des Multiplizierers MUL steht ein Strom I3 zur Verfügung, der proportional zu dem Produkt aus dem Schwellensignal DS und dem Regelsignal RS ist. Dieser Strom I3 ruft an einem zwischen den Ausgang des Multiplizierers MUL und den Stromerfassungswiderstand RS geschalteten widerstand R3 einen Spannungsabfall U3 hervor. Die Dividierschaltung 20 umfasst weiterhin einen Differenzverstärker OPV2, dessen Minus-Eingang an einem dem Multiplizierer MUL zugewandten Anschluss des Widerstands R3 angeschlossen ist und dessen Plus-Eingang an Bezugspotential GND liegt. Der Differenzverstärker OPV2 stellt das Schwellensignal DS so ein, dass die durch den Strom I3 an dem, Widerstand R3 hervorgerufene Spannung der Spannung über dem Stromerfassungswiderstand Rs entspricht. Der Strom I3 ist dann proportional zu dem Produkt aus dem Schwellensignal DS und dem Regelsignal RS, oder das Schwellensignal DS ist (unter Vernachlässigung der Einheiten) proportional zu dem Quotienten aus dem Eingangsstrom Iin und dem Regelsignal RS.
Der Ausgang des Differenzverstärkers OPV2 ist in dem Ausführungsbeispiel mittels eines Kondensators C2 an den Minus-Eingang zurückgekoppelt. Hierdurch wird ein Tiefpassverhalten mit einer von dem Regelsignal RS abhängigen Grenzfrequenz realisiert. Der Kondensator C2 bewirkt eine frequenzabhängige Gegenkopplung des Differenzverstärkers OPV2. Besitzt das Regelsignal RS bei einer kleinen Leistungsaufnahme des Schaltwandlers einen geringen Wert, so besitzt der Operationsverstärker OPV2 eine große Verstärkung und die frequenzabhängige Gegenkopplung ist sehr wirksam, wodurch das Tiefpassfilter eine niedrige Grenzfrequenz besitzt. Bei geringer Last, also kleiner Leistungsaufnahme, wird somit der Mittelwert des Stromes über dem Stromerfassungswiderstand RS zur Bildung des Schwellensignals DS herangezogen, was die Leistungsfaktor-Korrektur des Schaltwandlers verbessert, wenn dieser aufgrund der geringen Last im Discontinuous Current Mode (DCM) arbeitet.
Besitzt bei einer großen Leistungsaufnahme das Steuersignal RS einen großen Wert, so besitzt der Operationsverstärker eine geringe Verstärkung, was sich positiv auf die Stabilität des Stromregelkreises des bei einer hohen Leistungsaufnahme im Continuous Current Mode arbeitenden Schaltwandlers auswirkt.
Die Rampensignalerzeugungsschaltung 30 umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Stromquelle Iq, die in Reihe zu einem Kondensator C3 zwischen ein Versorgungspotential V+ und Bezugspotential GND geschaltet ist. Das Rampensignal RPS wird als Spannung über dem Kondensator C3 abgegriffen. Die Stromquelle Iq ist durch das Regelsignal RS gesteuert und liefert einen von dem Regelsignal RS abhängigen Strom. Parallel zu dem Kondensator C3 ist ein Schalter S2 geschaltet, der durch das von dem Oszillator OSC gelieferte Oszillatorsignal OS angesteuert ist. Der Schalter S2 wird mit jeder steigenden Flanke des Oszillatorsignals OS geschlossen, um dadurch den Kondensator C3 zu entladen und das Rampensignal RPS zu Null zu setzen und den Kondensator C3 zu entladen. Mit dem Öffnen des Schalters S2 nach jeder fallenden Flanke des Oszillatorsignals OS wird Kondensator C3 über die Stromquelle Iq aufgeladen, wodurch die Spannung über dem Kondensator C3 ansteigt. Die Steilheit des Spannungsanstieges ist dabei proportional zu dem von der Stromquelle Iq gelieferten Strom bzw. proportional zu dem Regelsignal RS.
Die Vergleicherschaltung 40, die den Schalter S ansteuert, umfasst in dem Ausführungsbeispiel neben einem Komparator K, dem das Schwellensignal DS und das Rampensignal RPS zugeführt sind, eine Logikschaltung LG, der das Komparatorsignal KS und das Oszillatorsignal OS zugeführt sind, und eine dem Ausgang der Logikschaltung LG nachgeschaltete Treiberschaltung DRV, die das am Ausgang der Logikschaltung LG anliegende Logiksignal in ein zur Ansteuerung des Schalters geeignetes Ansteuerpotential umsetzt. Die Logikschaltung LG ist im einfachsten Fall ein RS-Flip-Flop, dessen Setz-Eingang das Komparatorsig nal KS und dessen Rücksetz-Eingang das Oszillatorsignal OS zugeführt ist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, die ein Filter FG mit einer nichtlinearen Kennlinie aufweist, wobei dem Eingang dieses Filters FG das am Ausgang des Reglers 10 anliegende Regelsignal RS zugeführt ist und an dessen Ausgang ein von dem Regelsignal RS abhängiges modifiziertes Regelsignal RS1 zur Verfügung steht, welches der Dividierschaltung 20 als zweites Signal und der Rampensignalerzeugungsschaltung 30 zur Einstellung der Steilheit des Rampensignals RPS zugeführt ist. Die Filterschaltung 20 FG weist vorzugsweise eine exponentielle Kennlinie auf, so dass das modifizierte Regelsignal Rs1 exponentiell von dem Regelsignal RS abhängig ist. Hieraus resultiert eine Verbesserung des Regelverhaltens der Schaltungsanordnung, insbesondere bei großen Änderungen der Eingangsspannung Uin. Außerdem kann das dem Dividierer 20 zugeführte modifizierte Regelsignal Rs1 bei einer Exponentialfunktion niemals Null werden, so dass keine an sich unzulässige Division durch Null auftreten kann.
Das von dem Oszillator OSC2 gelieferte zweite Oszillatorsignal OS2 ist so auf das Oszillatorsignal OS abgestimmt, dass die Stromquelle Iq2 für eine vorgegebene Zeitdauer, die kürzer als die Periodendauer des Oszillatorsignals OS ist, eingeschaltet wird, wobei diese Zeitdauer, für welche die Stromquelle Iq2 eingeschaltet ist, mit der steigenden Flanke des Oszillatorsignals OS endet. 5a zeigt ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des Oszillatorsignals OS und den darauf abgestimmten zeitlichen Verlauf des Oszillatorsignals OS2, wobei letzteres die Stromquelle Iq ansteuert. Die Periodendauern der Oszillatorsignale OS und OS2 stimmen überein, wobei das Oszillatorsignals OS2 für die meiste Zeit der Periodendauer einen High-Pegel annimmt, um die Stromquelle Iq2 einzuschalten. Für eine Zeitdauer toff vor der nächsten steigenden Flanke des Oszillatorsignals OS sinkt das zweite Oszillatorsignal OS2 auf einen Low-Pegel ab, um die Stromquelle Iq2 abzuschalten. Hieraus resultiert ein ebenfalls in 5a dargestelltes Rampensignal RPS, dessen Steilheit innerhalb der Zeitdauer toff vor der nächsten steigenden Flanke des Oszillatorsignals OS ansteigt.
Solange das Schwellensignal DS so klein ist, dass die Ansteuerimpulse des Ansteuersignals OS beginnen, noch bevor die Steilheit des Rampensignals RPS zunimmt, ist diese Versteilerung des Rampensignals RPS ohne Auswirkung auf das Regelverhalten der Schaltungsanordnung.
Diese Versteilerung wirkt sich erst dann aus, wenn, wie dies in 5b dargestellt ist, die Leistungsaufnahme der Last so gering ist, dass die Steilheit des Rampensignals RPS sehr klein ist, um dadurch kurze Ansteuerimpulse AS und damit eine geringe Leistungsaufnahme zu erreichen. Die Versteilerung des Rampensignals RPS kurz vor dem nächsten Zurücksetzen des Rampensignals RPS bewirkt, dass das Rampensignal RPS nahe der Zeitdauer toff auf jeden Fall das Schwellensignal DS erreicht, um innerhalb jeder Taktperiode den Schalter S für kurze Dauer einschaltet.
6 zeigt eine gegenüber 4 geänderte Ansteuerschaltung, die eine Filterschaltung FG2 besitzt, der das Regelsignal RS zugeführt ist, und an deren Ausgang ein erstes Regelsignal RS1 und ein zweites Regelsignal RS2 anliegt. Das erste Regelsignal RS1 ist der Dividierschaltung 20 als zweites Signal zugeführt und das zweite Regelsignal RS2 dient zur Ein stellung der Steilheit des Rampensignals RPS und steuert die Stromquelle Iq, die in Reihe zu dem Kondensator C3 geschaltet ist, an. Das erste Regelsignal RS1 geht aus dem Regelsignal RS über eine nichtlineare Kennlinie hervor, und das zweite Regelsignal Rs2 geht aus dem Regelsignal RS ebenfalls über eine nichtlineare Kennlinie hervor, wobei Beispiele für die Kennlinie a(x), über welche welches das erste Regelsignal RS1 von dem Regelsignal RS abhängig ist und die Kennlinie b(x), über welche das zweite Regelsignal RS2 von dem Regelsignal RS abhängig ist, beispielhaft in 7 oben dargestellt ist. Vorzugsweise gilt, dass das Produkt der Funktionen a(x) und b(x) eine exponentielle Funktion ergibt.
Die Rampensignalerzeugungsschaltung 30 gemäß 6 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten dahingehend, dass eine Reihenschaltung mit einer Stromquelle Iq3 und einem Schalter S3 parallel zu der Stromquelle Iq in Reihe zu dem Kondensator C3 geschaltet ist. Der Schalter S ist über einen Invertierer durch das Oszillatorsignal OS2 angesteuert, wodurch der Schalter S3 jeweils kurz vor der nächsten steigenden Flanke des Oszillatorsignals OS geschlossen wird, um zusätzlich zu der Stromquelle Iq den Kondensator C3 mit dem durch die Stromquelle Iq3 gelieferten Strom aufzuladen und dadurch die Steilheit des Rampensignals RPS innerhalb der durch das Oszillatorsignal OS2 vorgegebenen Zeitdauer toff zu steigern. Die Stromquelle Iq3 wird durch ein drittes Regelsignal RS3 angesteuert, welches von dem Regelsignal RS vorzugsweise gemäß der in 7 unten dargestellten Kennlinie abhängig ist. Die Stromquelle Iq3 liefert dabei dann einen Strom, so lange das Regelsignal RS kleiner ist als ein Grenzwert RS1 im, da das Regelsignal RS nur bei einer kleinen Leistungsaufnahme der Last einen so kleinen Wert annimmt, bei welchem eine Versteilerung des Rampensignals erforderlich ist, um so sicherzustellen, dass der Schalter während jeder Periodendauer einmal geschlossen wird.

10: Regler
12: Filterschaltung
20: Dividierschaltung
30: Rampensignalerzeugungsschaltung
50: Stromerfassungsschaltung
AK1, AK2: Ausgangsklemmen
AS: Ansteuersignal
C1: Kondensator
C2: Kondensator
C3: Kondensator
D: Diode
DRV: Treiberschaltung
DS: Schwellensignal
EK1, EK2: Eingangsklemmen
EK3, EK4: Eingangsklemmen
FG: Filterschaltung
FG2: Filterschaltung
GL: Brückengleichrichter
I3: Strom
Iin: Eingangsstrom
Iq: Stromquelle
Iq2: Stromquelle
Iq3: Stromquelle
IS: eingangsstromabhängiges Signal
K: Komparator
KS: Komparatorsignal
L: Spule
LG: Logikschaltung
M3: Widerstand
MUL: Multiplizierer
OPV1, OPV2: Differenzverstärker
OS: Oszillatorsignal
OS2: Oszillatorsignal
OSC: Oszillator
OSC2: Oszillator
R1, R2: Spannungsteiler
RPS: Rampensignal
RS: zweites Signal, Regelsignal
Rs1: modifiziertes Regelsignal
S: Schalter
S2: Schalter
S3: Schalter
Uin: Eingangsspannung
Uin': Eingangsspannung
Uout: Ausgangsspannung
V+: Versorgungspotential
Vref: Referenzspannung

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters (S) in einem Eingangsklemmen (EK1, EK2) zum Zuführen einer Eingangsspannung (Uin) und Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (Uout) aufweisenden Schaltwandler, das folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstellen eines Schwellensignals (DS), – Bereitstellen eines Rampensignals (RPS) im Takt eines Taktsignals (OS; OS1), wobei die Steilheit des Rampensignals (RPS) von der Ausgangsspannung (Uout) abhängig ist, – Vergleichen des Schwellensignals (DS) mit dem Rampensignal und Ansteuern des Schalters (S) abhängig von dem Vergleichsergebnis, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellensignal (DS) durch Tiefpassfilterung eines Signals gebildet ist, das abhängig ist von einem Quotienten aus einem von einem Eingangsstrom (Iin) des Schaltwandlers abhängigen ersten Signal (IS; Us) und einem von der Ausgangsspannung (Uout) abhängigen zweiten Signal (RS; RS1), wobei eine Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung von dem zweiten Signal (Rs; RS1) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schalter (S) einen ersten Schaltzustand annimmt, wenn das Rampensignal (RPS) den wert des Schwellensignals (DS) erreicht, und im Takt des Taktsignals (OS; OS1) einen zweiten Schaltzustand annimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schalter im ersten Schaltzustand geschlossen undim zweiten Schaltzustand geöffnet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Regelsignal (RS) bereitgestellt wird, wobei das von der Ausgangsspannung (Uout) abhängige zweite Signal (RS1) über eine nicht lineare Kennlinie zu dem Regelsignal (RS) in Beziehung abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das von der Ausgangsspannung (Uout) abhängige zweite Signal (RS1) wenigstens annäherungsweise exponentiell von dem Regelsignal (RS) abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche bei dem ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Regelsignal (RS) bereitgestellt wird, wobei die Steilheit des Rampensignals über eine nicht lineare Kennlinie zu dem Regelsignal (RS) in Beziehung abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 4 und 6, bei dem das Produkt der Kennlinie, über welche das zweite Signal (RS1) von dem Regelsignal abhängig ist, und das Produkt der Kennlinie, über welche die Steilheit des Rampensignals (RPS) von dem Regelsignal (RS) abhängig ist, wenigstens annäherungsweise eine exponentielle Kennlinie ergibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Rampensignal (RPS) im Takt des Taktsignals (OS; OS1) zurückgesetzt wird, wobei die Steigung des Rampensignals (RPS) eine vorgegebene Zeitdauer vor dem Zurücksetzen zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Wert des Anstiegs der Steigung des Rampensignals (RPS) vor dem Zurücksetzen von der Ausgangsspannung (Uout) abhängig ist.
Ansteuerschaltung für einen Schalter (S) in einem Schaltwandler, wobei der Schaltwandler Eingangsklemmen (EK1, EK2) zum Anlegen einer Eingangsspannung (Uin) und Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (Uout) aufweist und wobei die Ansteuerschaltung folgende Merkmale umfasst – eine Schwellensignalerzeugungsschaltung (20), die ein Schwellensignal (DS) bereitstellt, – eine Rampensignalerzeugungsschaltung (30), die im Takt eines Taktsignals (OS; OS1) ein Rampensignal (RPS) erzeugt, wobei die Steilheit des Rampensignals wenigstens abschnittsweise von der Ausgangsspannung (Uout) abhängig ist, – eine Vergleicherschaltung (K, 40), der das Schwellensignal (DS) und das Rampensignal (RPS) zugeführt sind und die ein Ausgangssignal (AS) bereitstellt, abhängig von dem der Schalter (S) angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellensignalerzeugungsschaltung (20), eine Dividierschaltung (20) aufweist, der ein von einem Eingangsstrom (Iin) des Spannungswandlers abhängiges erstes Signal (IS; Us) und ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges zweites Signal (RS; RS1) zugeführt sind und die ein Ausgangssignal (DS) bereitstellt, das von dem Quotienten des ersten Signals (IS; Us) und des zweiten Signals (RS; RS2) abhängig ist, wobei die Dividierschaltung ein Tiefpassfilter mit einer von dem zweiten Signal (RS; RS1) abhängigen Grenzfrequenz aufweist, an dessen Ausgang das Schwellensignal (DS) bereitsteht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 10, die einen in den Eingangsstromkreis des Schaltwandlers geschalteten Stromerfassungswiderstand (Rs) aufweist, dessen einer Anschluss an einem Bezugspotential liegt und an dessen anderen Anschluss die Dividierschaltung (20) angeschlossen ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 11, bei dem die Dividierschaltung (20) folgende Merkmale aufweist: – einen Multiplizierer (MUL), dessen einem Eingang das zweite Signal (RS; RS1) und dessen anderem Eingang das Schwellensignal (DS) zugeführt ist und an dessen Ausgang ein Strom (I3) bereitsteht, der von dem Produkt des zweiten Signals (RS; RS1) und des Schwellensignals (DS) abhängt, – einen Widerstand (R3), der zwischen den Ausgang des Multiplizierers (MUL) und den Stromerfassungswiderstand (Rs) geschaltet ist, – einen Differenzverstärker (OPV), dessen einer Eingang (–) an den Ausgang des Multiplizierers (MUL) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang (+) an Bezugspotential (GND) liegt und an dessen Ausgang das Schwellensignal (DS) anliegt.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 12, bei der der Ausgang des Differenzverstärkers über eine kapazitive Schaltung (C2) an den Eingang (–) zurückgekoppelt ist, der an den Ausgang des Multiplizierers angeschlossen ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 10, die ein Filter (FG) mit nicht linearer Kennlinie aufweist, dessen Eingang ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Signal (RS) zugeführt ist und an dessen Ausgang das zweite Signal zur Verfügung steht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 14, bei der das Filter wenigstens annäherungsweise eine exponentielle Kennlinie aufweist.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der das zweite Signal der Rampensignalerzeugungsschaltung (30) zugeführt ist.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, die ein Filter (FG2) aufweist, dem ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Signal (RS) zugeführt ist und das das zweite Signal (RSl) und ein Steilheitssignal (RS2) bereitstellt, wobei das Steilheitssignal (RS2) der Rampensignalerzeugungsschaltung (30) zugeführt ist und wobei das Produkt aus dem zweiten Signal (RS1) und dem Steilheitssignal (RS2) über eine nicht lineare Kennlinie zu dem Filtereingangssignal (RS) in Beziehung steht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 17, bei der die nicht lineare Kennlinie wenigstens annäherungsweise eine exponentielle Kennlinie ist.
Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine Oszillatorschaltung (OSC) aufweist, die das Oszillatorsignal (OS; OS1) bereitstellt, das der Vergleicherschaltung (K, 40) und der Rampensignalerzeugungsschaltung (30) zugeführt ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 19, bei der die Oszillatorschaltung ein zweites Oszillatorsignal (OS2) bereitstellt, das der Rampensignalerzeugungsschaltung (30) zugeführt ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 20, bei der die Rampensignalerzeugungsschaltung (30) dazu ausgebildet ist, die Steilheit des Rampensignals (RPS) im Takt des zweiten Oszillatorsignals (OS2) zu versteilern.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 21, bei der der Wert der Versteilerung des Rampensignals (RPS) konstant ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 21, bei der der Wert der Versteilerung des Rampensignals (RPS) von der Ausgangsspannung (Uout) abhängig ist.