DE10242218B3

DE10242218B3 - Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem freischwingenden Schaltnetzteil und Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem freischwingenden Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE10242218B3
Application number: DE10242218A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: US6999324B2; US20040057256A1; CN1492568A; CN100350731C

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines in Reihe zu einer Primärspule eines Transformators geschalteten Schalters in einem freischwingenden Schaltnetzteil. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Modulationssignals und das Bereitstellen eines Ansteuersignals für den Schalter mit einer wiederkehrenden Impulsfolge, die wenigstens einen ersten Einschaltimpuls einer ersten Impulsdauer und wenigstens einen zweiten Einschaltimpuls einer zweiten Impulsdauer aufweist, wobei die Impulsdauer wenigstens eines der Einschaltimpulse innerhalb eines durch das Regelsignal vorgegebenen Wertebereiches nach Maßgabe des Modulationssignals moduliert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem freischwingenden bzw. quasiresonanten Schaltnetzteil gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Schalters in einem freischwingenden Schaltnetzteil gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 14.

Freischwingende Schaltnetzteile sind zur Gleichspannungsversorgung von Verbrauchern, wie beispielsweise Computern, Monitoren, Fernsehgeräten oder dergleichen hinlänglich bekannt. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise solcher Schaltnetzteile ist beispielsweise in der DE 197 32 169 A1 beschrieben. Zur Ansteuerung des in solchen Netzteilen vorhandenen, die Leistungsaufnahme regelnden Schalters werden üblicherweise integrierte Schaltungen eingesetzt, wie beispielsweise Ansteuerbausteine des Typs TDA 4605 oder TDA 16846.

Zum besseren Verständnis der nachfolgend erläuterten Erfindung werden zunächst der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise eines herkömmlichen freischwingenden Sperrwandlerschaltnetzteils anhand der 1 und 2 erläutert.

Das Schaltnetzteil umfasst Eingangsklemmen EK1, EK2 zum Anlegen einer gleichgerichteten Eingangsspannung Uin, und Ausgangsklemmen AK1, AK2 zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung Uout für eine Last. Zur Wandlung der Eingangsspannung Uin in die Ausgangsspannung Uout ist ein Transformator Tr vorgesehen, dessen Primärspule Lp in Reihe zu einem Halbleiterschalter T1, zwischen die Eingangsklemmen EK1, EK2 ge schaltet ist und dessen Sekundärspule Ls über eine Gleichrichteranordnung GL an die Ausgangsklemmen AK1, AK2 angeschlossen ist. Bei einem solchen Sperrwandlerschaltnetzteil nimmt die Primärspule Lp Energie von der Eingangsspannung Uin auf während der Schalter geschlossen ist und gibt diese Energie bei anschließend geöffnetem Schalter T1 über die Sekundärspule Ls und die Gleichrichteranordnung GL an die Last ab.

Aufgabe derartiger Netzteile ist es, die Ausgangsspannung Uout weitgehend unabhängig von Schwankungen der Leistungsaufnahme der Last konstant zu halten. Zur Regelung der Ausgangsspannung bzw. der Leistungsaufnahme des Schaltnetzteils ist eine Regelschleife vorhanden, in der ein aus der Ausgangsspannung Uout abgeleitetes, die Leistungsaufnahme des Schaltnetzteils bestimmendes Regelsignal RS vorliegt. Dieses Regelsignal RS ist einer Ansteuerschaltung IC zugeführt, die ein Ansteuersignal AS zur getakteten Ansteuerung des Schalters bereitstellt.

Das Ansteuersignal umfasst eine Folge von Ansteuerimpulsen, wobei die Zeitdauer der einzelnen Ansteuerimpulse, also die Einschaltdauer des Schalters, von dem Regelsignal abhängig ist und mit zunehmendem Leistungsbedarf der Last ansteigt, um die Ausgangsspannung Uout konstant zu halten. Die Zeitpunkte, zu denen der Schalter T1 bei einem freischwingenden/quasiresonanten Schaltnetzteil geschlossen wird, sind vorgegeben durch Zeitpunkte, zu denen die Primärspule Lp die zuvor gespeicherte Energie an die Sekundärseite Ls abgegeben hat und somit entmagnetisiert ist. Solche Magnetisierungszustände der Primärspule werden durch eine mit der Primärspule gekoppelte Hilfsspule Lh erfasst, die ebenfalls an die Ansteuerschaltung IC angeschlossen ist.

2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf eines Ansteuersignals AS, der Leistungsaufnahme Pin und der Magnetisierung M der Primärspule Lp, wobei diese Signalverläufe jeweils im linken Teil für einen ersten Wert des Regelsignals RS und im rechten Teil für einen zweiten Wert des Regelsignals RS dargestellt ist. Aus dem ersten Regelsignalwert RS resultieren Einschaltdauern der Länge ton1 und aus dem zweiten Regelsignalwert resultieren Einschaltdauern der Länge ton2.

Nach dem Schließen des Schalters T1 steigt ein Eingangsstrom Iin jeweils linear ausgehend von Null an. Die Leistungsaufnahme Pin ist bei konstanter Eingangsspannung Uin proportional zu der Stromaufnahme und besitzt den dargestellten rampenförmigen Verlauf. Entsprechend steigt die Magnetisierung M nach dem Einschalten linear an und sinkt nach dem Abschalten während der Zeitdauern toff1, toff2 wieder linear ab, wobei der Schalter T1 wieder eingeschaltet wird, wenn die Magnetisierung auf Null abgenommen hat. Die Entmagnetisierungszeit ist dabei proportional zu der Magnetisierungszeit.

Ein Ansteuerzyklus T, T' ist bestimmt durch die Zeitdauer zwischen dem Beginn zweier aufeinanderfolgender Einschaltimpulse. Die durch das Netzteil aufgenommene Energie ist proportional zu der Fläche unter der Kurve für die Leistungsaufnahme Pin und proportional zu der Fläche unter der Kurve für die Magnetisierung M. Die mittlere aufgenommene Leistung ergibt sich aus der pro Ansteuerzyklus aufgenommenen Energie. Diese mittlere Leistung ist unter der Annahme, dass die Eingangsspannung Uin für wenigstens einige Ansteuerzyklen konstant ist, proportional zu der Einschaltdauer ton1, ton2 und damit proportional zu dem Regelsignal RS.

Anders als bei festgetakteten Schaltnetzteilen ändert sich bei freischwingenden/quasiresonanten Schaltnetzteilen die momentane Schaltfrequenz mit der Leistungsaufnahme der Last, wobei die Information über diese Leistungsaufnahme über das Regelsignal an die Ansteuerschaltung des Schalters zurückgekoppelt wird. Freischwingende Schaltnetzteile werden deshalb insbesondere in Fernsehgeräten gerne verwendet, wo aufgrund der ständig wechselnden Bildinformation und der Dynamik des Tonsignals die Last sich ständig ändert, so dass sich auch die Schaltfrequenz des Netzteiles ständig ändert und sich elektromagnetische Störungen des Schaltnetzteiles auf schmalbandige Empfangsschaltungen, wie beispielsweise Tuner etc., jeweils nur für sehr kurze Zeit auswirken und nicht zu Bildstörungen führen.

Ein weiterer Vorteil freischwingender Sperrwandler-Schaltnetzteile ist deren hoher Wirkungsgrad. Sie werden deshalb zunehmend für kompakte Netzteile in geschlossenen Kunststoffgehäusen verwendet, weil die bei derartigen Gehäusen zulässige Wärmeabgabe stark begrenzt ist. Bei Verbrauchern wie beispielsweise Notebooks, Flachbildbildschirmen, Ladegeräten und elektronischen Musikinstrumenten kann die Leistungsaufnahme über einen längeren Zeitraum konstant bleiben, woraus folgt, dass auch die Betriebsfrequenz des Schaltnetzteils über einen längeren Zeitraum entsprechend konstant bleibt. Hieraus können hohe Pegelspitzen bei bestimmten Frequenzen resultieren, die zusätzliche Entstörfilter erfordern, um die zulässigen Werte für die elektromagnetische Störabstrahlung nicht zu überschreiten.

Die DE 196 35 355 C2 beschreibt einen getakteten Energiewandler, der einen Verbraucher aus einer Wechselspannungsquelle versorgt, und der von einem Steuersatz angesteuert wird. Die Taktfrequenz wird von einem im Steuersatz integrierten Oszillator vorgegeben, dessen Frequenz von einer Eingangsgröße abhängig ist. Als Eingangsgröße wird die Spannung der Quelle über ein elektrisches Netzwerk, das eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung an seinem Eingang und der Spannung oder dem Strom an seinem Ausgang bewirkt, an den Eingang des Oszillators geführt, so dass sich in jedem Moment eine Abhängigkeit der momentanen Schaltfrequenz des Energiewandlers vom Momentanwert der Ausgangsspannung der Quelle ergibt und die maximale Schaltfrequenzänderung etwa im Maximum des Eingangsstroms des Energiewandlers erreicht wird sowie Maximal- und Minimalwert der Schaltfrequenz etwa beim Minimum des Stroms am Eingang des Energiewandlers auftreten.

Die DE 102 09 834 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verringerung von Störabstrahlungen bei einem DC/DC-Sperrwandler, bei dem die Störabstrahlung durch die Umschaltung des Ladestroms beim Pumpvorgang entsteht. Erreicht wird dies dadurch, dass unter Einhaltung der Stabilitätsbedingungen für die Ausgangsspannung die Stromabschaltschwelle und/oder die Stromeinschaltschwelle bei den einzelnen Pumpvorgängen durch Stromverwürfelung veränderbar sind. Zur weiteren Verbesserung der Störabstrahlung kann ein LC-Filter mit geringer Dimensionierung verwendet werden.

Aus Feng Lin: „Reduction of Power Supply EMI Emission by Switching Frequency Modulation", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 9, No. 1, January 1994, S. 132–137, ist ein Verfahren zur Reduktion der elektromagnetischen Störabstrahlung von Schaltnetzteilen beschrieben, bei dem die Schaltfrequenz zur Ansteuerung des Schalters in dem Schaltwandler frequenzmoduliert wird.

Aus Tetsuro Tanaka u.a.: „Random-Switching Control in DC-to-DC Converters", IEEE, 1989, Druckvermerk: CH27219/89/00000500, ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler bekannt, bei dem zur Erzeugung von Ansteuerimpulsen für den Schalter ein Sägezahnsignal mit einem Regelsignal verglichen wird. Um zufällig schwankende Impulsdauern zu erreichen, wird bei der Erzeugung des Sägezahnsignals ein Rauschsignal berücksichtigt, um Flanken unterschiedlicher Steigung des Sägezahnsignals zu erreichen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ansteuerung eines die Leistungsaufnahme regelnden Schalters in einem freischwingenden Schaltnetzteil sowie eine Ansteuerschaltung für einen die Leistungsaufnahme regelnden Schalter das Netzteil angeschlossenen Last für einen längeren Zeitraum konstant bleibt, die Auswirkungen einer elektromagnetischen Störabstrahlung reduziert sind, ohne dass hierfür aufwendige Abschirmmaßnahmen erforderlich sind.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 und eine Ansteuerschaltung gemäß der Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines in Reihe zu einer Primärspule eines Transformators geschalteten Schalters in einem freischwingenden Schaltnetzteil, in dem ein die Leistungsaufnahme bestimmendes Regelsignal zur Verfügung steht, ist vorgesehen, ein Modulationssignal bereitzustellen und ein Ansteuersignal für den Schalter derart zu erzeugen, dass das Ansteuersignal eine wiederkehrende Impulsfolge mit wenigstens einem ersten Einschaltimpuls einer ersten Impulsdauer und wenigstens einem zeitlich auf den wenigstens einen ersten Einschaltimpuls folgenden zweiten Einschaltimpuls einer zweiten Impulsdauer aufweist, wobei die Impulsdauer wenigstens eines der Einschaltimpulse innerhalb eines durch das Regelsignal vorgegebenen Bereiches nach Maßgabe des Modulationssignals moduliert wird. Eine Gesamt-Einschaltdauer des wenigstens einen ersten Einschaltimpulses und des wenigstens einen zweiten Einschaltimpulses der wiederkehrenden Impulsfolge ist dabei abhängig von dem Regelsignal so gewählt, dass eine pro Impulsfolge über die Eingangsklemmen aufgenommene mittlere Leistung bei gleichbleibenden Regelsignal wenigstens annäherungsweise konstant ist.

Wie eingangs erläutert wurde, ist bei einem freischwingenden Schaltnetzteil die pro Ansteuerzyklus, das heißt pro Ansteuerimpuls bzw. Einschaltimpuls aufgenommene Energie von der Einschaltdauer des Schalters abhängig. Während bei herkömmlichen freischwingenden Schaltnetzteilen bei konstanter Leistungsaufnahme ein Ansteuersignal mit periodisch wiederkehrenden Einschaltimpulsen derselben Impulsdauer erzeugt werden, umfasst bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ansteuerzyklus wenigstens zwei Einschaltimpulse, wobei sich die Impulsdauer eines der beiden Impulse nach Maßgabe des Modulationssignals auch bei gleichbleibendem Regelsignal von Ansteuerzyklus zu Ansteuerzyklus ändert und die Impulsdauer des anderen Einschaltimpulses so auf die modulierte Impulsdauer des einen Impulses abgestimmt ist, dass die pro Ansteuerzyklus aufgenommene mittlere Leistung wenigstens annäherungsweise konstant ist. Vorzugsweise sind die Einschaltdauern des wenigstens einen ersten und zweiten Impulses so aufeinander abgestimmt, dass eine Schwankung der pro Ansteuerzyklus aufgenommenen mittleren Leistung pro Ansteuerzyklus um weniger als 1% gegenüber einer über mehrere Ansteuerzyklen ermittelten aufgenommenen mittleren Leistung schwankt.

Wegen der sich von Ansteuerzyklus zu Ansteuerzyklus ändernden Impulsdauer des ersten und zweiten Einschaltimpulses ändert sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schaltfrequenz des in Reihe zu der Primärspule geschalteten Schalters in dem Schaltnetzteil von Ansteuerzyklus zu Ansteuerzyklus, wodurch elektromagnetische Störstrahlungen auch bei gleichbleibender Leistungsaufnahme über einen größeren Frequenzbereich verteilt sind, wodurch insbesondere Spitzen der Störabstrahlung in einem engen Frequenzband vermieden werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Impulsdauer des wenigstens einen ersten Einschaltimpulses proportional zu dem Regelsignal und die Impulsdauer des wenigstens einen zweiten Einschaltimpulses proportional zu der ersten Impulsdauer zu wählen, wobei der Proportionalitätsfaktor, über welchen die zweite Impulsdauer von der ersten Impulsdauer abhängig ist, innerhalb vorgegebener Grenzen durch das Modulationssignal moduliert wird. Vorzugsweise ist der Proportionalitätsfaktor, über den die zweite Impulsdauer von der ersten Impulsdauer abhängig ist und der Bereich, innerhalb dessen dieser Proportionalitätsfaktor durch das Modulationssignal moduliert wird, so gewählt, dass die Energieaufnahme während des zweiten Einschaltimpulses kleiner als die Energieaufnahme während des ersten Einschaltimpulses ist. Die Impulsdauer des zweiten Einschaltimpulses kann dabei zur Variation der Schaltfrequenz moduliert werden, wobei sich die daraus ergebenden Schwankungen der Energieaufnahme während des zweiten Einschaltimpulses nur wenig auf die mittlere aufgenommene Leistung auswirken.

Vorzugsweise umfasst die Impulsfolge m erste Einschaltimpulse der ersten Impulsdauer und n zweite Einschaltimpulse der zweiten Impulsdauer, um über dieses Verhältnis m/n den Anteil der während der zweiten Einschaltimpulse aufgenommenen Energie an der während des gesamten Ansteuerzyklus aufgenommenen Energie einzustellen. Vorzugsweise beträgt m = 2 und n = 1.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zwei erste Einschaltimpulse und ein zweiter Einschaltimpuls vorhanden ist, beträgt der Proportionalitätsfaktor, über welchen die zweite Impulsdauer von der ersten Impulsdauer abhängig ist, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5 und wird innerhalb dieses Bereiches durch das Modulationssignal variiert.

Das Modulationssignal, welches die Impulsdauer wenigstens eines der Einschaltimpulse der wiederkehrenden Impulsfolge innerhalb vorgegebener Grenzen moduliert, ist vorzugsweise ein zufälliges Signal oder ein pseudo-zufälliges Signal.

Die maximale Leistungsaufnahme eines freischwingenden Schaltnetzteiles ist durch die magnetische Sättigung des Transformators bestimmt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die maximale Leistungsaufnahme des Netzteiles geringer, da wegen der gewünschten zeitlichen Differenz zwischen der ersten und zweiten Impulsdauer, die für die Modulation der Schaltfrequenz erforderlich ist, die Sättigungsmagnetisierung zumindest bei einem Impuls der Impulsfolge eines Ansteuerzyklus nicht ausgenutzt wird. Zur Steigerung der maximalen Leistungsaufnahme ist bei einer Ausführungsform der Erfindung deshalb vorgesehen, den Bereich, innerhalb dessen die Einschaltdauer des wenigstens einen der Ansteuerimpulse der wiederkehrenden Impulsfolge, dessen Impulsdauer durch das Modulationssignal moduliert wird, von der maximalen Magnetisierung der Primärspule pro Einschaltvorgang abhängig zu machen. Steigt diese maximale Magnetisierung pro Einschaltvorgang wegen eines erhöhten Leistungsbedarfes der Last, so wird dieser Modulationsbereich reduziert und geht gegen Null, wenn die erforderliche Leistungsaufnahme so hoch ist, dass die maximale Magnetisierung (Sättigung) des Transformators erreicht wird. Bei der maximalen Leistungsaufnahme unterbleibt dann eine durch das Modulationssignal hervorgerufene Frequenzmodulation des Ansteuersignals.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für einen in Reihe zu einer Primärspule eines Transformators geschalteten Schalter in einem freischwingenden Schaltnetzteil umfasst eine erste Eingangsklemme zur Zuführung eines die Leistungsaufnahme des Netzteils bestimmenden Regelsignals, eine zweite Eingangsklemme zur Zuführung eines vom Magnetisierungszustand der Primärspule abhängigen Magnetisierungssignals, eine Ausgangsklemme zur Bereitstellung eines Ansteuersignals, eine Signalerzeugungsschaltung, der das Magnetisierungssignal und ein von dem Regelsignal abhängiges Referenzsignal zugeführt sind und die ein eine Folge von Einschaltimpulsen umfassendes Ansteuersignal bereitstellt, wobei der Beginn eines Einschaltimpulses jeweils durch das Magnetisierungssignal und wobei die Impulsdauer eines Einschaltimpulses durch das Referenzsignal vorgegeben ist. Zur Bereitstellung des Referenzsignals steht eine Referenzsignalerzeugungsschaltung zur Verfügung, der das Regelsignal zugeführt ist und die einen Signalgenerator umfasst, der ein Modulationssignal bereitstellt. Die Referenzsignalerzeugungsschaltung umfasst weiterhin eine Bewertungsschaltung, der das Regelsignal und das Modulationssignal zugeführt sind und die ein nach Maßgabe des Modulationssignals bewertetes Regelsignal bereitstellt, sowie einen Umschalter, abhängig von dessen Schalterstellung das Regelsignal oder das bewertete Regelsignal der Signalerzeugungsschaltung als Referenzsignal zugeführt werden. Abhängig von der Schalterstellung des Umschalters in der Referenzsignalerzeugungsschaltung werden durch die Signalerzeugungsschaltung erste Einschaltimpulse bereitgestellt, deren erste Impulsdauer von dem Regelsignal abhängig ist, oder es werden zweite Einschaltimpulse bereitgestellt, deren zweite Impulsdauer von dem mittels des Modulationssignals bewerteten Regelsignals abhängig ist. Das Modulationssignal bestimmt dabei den Proportionalitätsfaktor zwischen der zweiten Impulsdauer und der ersten Impulsdauer. Der Umschalter wird beispielsweise mittels eines Zählers angesteuert, der die Einschaltimpulse im Ansteuersignal zählt und der den Schalter periodisch umschaltet, um so eine Impulsfolge mit einem vorgegebenen Ablaufmuster an ersten Einschaltimpulsen und zweiten Einschaltimpulsen zu erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zähler so gestaltet, dass er den Schalter für jeweils zwei Einschaltimpulse in einer Schalterstellung belässt, bei welcher das Regelsignal der Signalerzeugungsschaltung zugeführt wird, um dadurch erste Ansteuerimpulse zu generieren, und dass anschließend für die Dauer eines Einschaltimpulses der Schalter in eine Schalterstellung gebracht wird, bei welcher das bewertete Regelsignal der Signalerzeugungsschaltung zugeführt wird, um dadurch einen zweiten Einschaltimpuls zu generieren.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt
1 ein Schaltbild eines freischwingenden Schaltnetzteils nach dem Stand der Technik,
2 Zeitverläufe ausgewählter Signale bei einem freischwingenden Schaltnetzteil nach dem Stand der Technik,
3 zeitliche Verläufe eines eine wiederkehrende Impulsfolge mit einem ersten und einem zweiten Einschaltimpuls umfassenden Ansteuersignals und die aus diesem Ansteuersignal resultierende Magnetisierung der Primärspule eines Transformators in einem Schaltnetzteil für drei unterschiedliche Ansteuerzyklen,
4 graphische Darstellung der Schaltfrequenz des Ansteuersignals abhängig von der zeitlichen Differenz zwischen einer ersten Impulsdauer und einer zweiten Impulsdauer für ein Ansteuersignal gemäß 3,
5 schematische Darstellung der Variation der ersten und zweiten Impulsdauer abhängig von dem Regelsignal,
6 schematische Darstellung einer Anordnung zur Ermittlung der ersten und zweiten Impulsdauer abhängig von dem Regelsignal und dem Modulationssignal,
7 zeitlicher Verlauf einer Impulsfolge mit zwei ersten Einschaltimpulsen einer ersten Impulsdauer und einem zweiten Einschaltimpuls einer zweiten Impulsdauer (7a) und zeitlicher Verlauf einer aus einer solchen Impulsfolge resultierenden Magnetisierung der Primärspule (7b),
8 ein Diagramm der aufgenommenen Leistung eines freischwingenden Schaltnetzteiles abhängig von der ersten Impulsdauer und der zweiten Impulsdauer bei einer Impulsfolge gemäß 7a,
9 ein ausschnittsweises Schaltbild eines freischwingenden Schaltnetzteiles mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung zur Erzeugung eines Ansteuersignals für einen in Reihe zu einem Transformator geschalteten Schalter in dem Netzteil,
10 zeitliche Zusammenhänge bei der Erzeugung eines Einschaltimpulses.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente und Signale mit gleicher Bedeutung. Bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus eines freischwingenden Schaltnetzteiles wird für die folgende Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung auf 1, einschließlich der darin verwendeten Bezugszeichen, Bezug genommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines in Reihe zu einer Primärspule eines Transformators geschalteten Schalters in einem freischwingenden Schaltnetzteil ist vorgesehen, den Schalter T1 mittels eines Ansteuersignals AS anzusteuern, das eine wiederkehrende Impulsfolge mit wenigstens einem ersten Einschaltimpuls einer ersten Impulsdauer und wenigstens einem zweiten Einschaltimpuls einer zweiten Impulsdauer umfasst, wobei wenigstens eine der Impulsdauern abhängig von einem Modulationssignal moduliert wird.
3 zeigt zeitliche Verläufe eines Ansteuersignals AS, das eine wiederkehrende Impulsfolge mit einem ersten Einschaltimpuls und einem zweiten Einschaltimpuls aufweist, sowie eine aus diesen Impulsfolgen resultierende Magnetisierung M der Primärspule Lp. 3 zeigt die Impulsfolge des Ansteuersignals für drei Ansteuerzyklen, wobei zur Verdeutlichung von Unterschieden die Impulsfolgen der einzelnen Ansteuerzyklen untereinander dargestellt sind. AS (1) bezeichnet die Impulsfolge während eines ersten Ansteuerzyklus, AS (2) die Impulsfolge während eines zweiten Ansteuerzyklus und AS (3) die Impulsfolge während eines dritten Ansteuerzyklus. Der Verlauf der Magnetisierung M und der Impulsfolge während des ersten Ansteuerzyklus sind in 3 durchgezogen dargestellt, der Verlauf während des zweiten Ansteuerzyklus ist gestrichelt dargestellt und der Verlauf während des dritten Ansteuerzyklus ist strichpunktiert dargestellt. Die Ziffern (1), (2) und (3) dienen zur Unterscheidung der im Folgenden erläuterten Signale während der einzelnen Ansteuerzyklen.
Jede der Impulsfolgen umfasst in dem Beispiel einen ersten Einschaltimpuls P1 und einen zeitlich auf den ersten Ein schaltimpuls P1 folgenden zweiten Einschaltimpuls P2. Die Primärspule Lp wird während des jeweiligen Einschaltimpulses magnetisiert und anschließend entmagnetisiert, wobei die Entmagnetisierungsdauer proportional zu der Dauer des jeweiligen Einschaltimpulses ist. Als erste Impulsdauer T1 wird im Folgenden die Dauer des Einschaltimpulses P1 plus der anschließenden Entmagnetisierungsdauer bezeichnet, und als zweite Impulsdauer T2 wird im Folgenden die Dauer des zweiten Einschaltimpulses P2 plus der folgenden Entmagnetisierungsdauer bezeichnet. Tp bezeichnet die Periodendauer der Impulsfolge mit dem ersten Einschaltimpuls P1 und dem zweiten Einschaltimpuls P2 und resultiert im dargestellten Beispiel aus der ersten Impulsdauer T1 plus der zweiten Impulsdauer T2.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die erste Impulsdauer T1 nach Maßgabe eines Modulationssignals von Ansteuerzyklus zu Ansteuerzyklus innerhalb vorgegebener Grenzen moduliert. Die aufgrund des ersten Einschaltimpulses P1 aufgenommene Energie ist proportional zu der Fläche der dreieckförmig verlaufenden Magnetisierungskurve, wobei M1 in 3 den aus dem ersten Einschaltimpuls resultierenden Abschnitt der Magnetisierungskurve und M2 den aus dem zweiten Einschaltimpuls P2 resultierenden Abschnitt der Magnetisierungskurve bezeichnet. Diese Energie, die dem Integral unter der Magnetisierungskurve entspricht, lässt sich ausdrücken gemäß: W = ½ · a · T12 + ½ · a · T22 (1)wobei W die Energie, und a eine Konstante ist, die die Steigung der Magnetisierungskurve und schaltungstechnische Konstanten, wie beispielsweise die Induktivität des Transformators sowie die Eingangsspannung Uin berücksichtigt.
Für die pro Ansteuerzyklus aufgenommene mittlere Leistung Pm gilt: Pm = W/Tp (2)wobei diese aufzunehmende mittlere Leistung durch die Leistungsaufnahme der Last gegeben ist und die Information über diese Leistungsaufnahme in dem Regelsignal RS enthalten ist. Die Zeitdauer T2 des zweiten Einschaltimpulses P2 ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so auf die Zeitdauer T1 des ersten Einschaltimpulses P1 abgestimmt, dass bei gleichbleibendem Regelsignal RS die mittlere aufgenommene Leistung Pm konstant bleibt. Für jeden Wert der durch das Modulationssignal modulierten ersten Impulsdauer T1 lässt sich der Wert der zweiten Impulsdauer anhand der obigen Gleichungen (1) und (2) auf einfache Weise ermitteln. Die prinzipiellen Auswirkungen der Variation der ersten Impulsdauer T1 auf die zweite Impulsdauer T2 unter Beibehaltung der mittleren aufgenommenen Leistung Pm sind in 3 dargestellt. Die durchgezogene Linie für die Magnetisierungskurve veranschaulicht einen ersten Einschaltzyklus mit einer ersten Impulsdauer T1(1) und einer zweiten Impulsdauer T2(1). Vergrößert sich die erste Impulsdauer modulationsbedingt, wie dies in dem gestrichelten Verlauf für den zweiten Ansteuerzyklus dargestellt ist, so vergrößert sich entsprechend die Energieaufnahme während des ersten Einschaltimpulses P1. Die zweite Impulsdauer T2 verringert sich entsprechend, um die während der Gesamtdauer Tp aufgenommene Leistung im Mittel konstant zu halten. Bei der Ermittlung der zweiten Impulsdauer T2 gemäß der Gleichungen (1) und (2) wird dabei berücksichtigt, dass eine Verringerung der zweiten Impulsdauer T2 die Energieaufnahme während des zweiten Einschaltimpulses P2 reduziert, dass hieraus jedoch auch eine Verringerung der Gesamtdauer Tp gegenüber dem durchgezogen dargestellten Fall um eine Zeitdauer ΔT(1) resultiert.
Verringert sich die erste Impulsdauer, wie dies durch die strichpunktierten Linien für den dritten Ansteuerzyklus dargestellt ist, so muss sich die zweite Impulsdauer vergrößern, um die insgesamt während der Periodendauer Tp(3) aufgenomme ne Energie konstant zu halten. Daraus resultiert in dem dargestellten Beispiel eine Verlängerung der Periodendauer Tp(3) gegenüber der Periodendauer Tp(1). Die Impulsdauern T1 und T2 sind in jedem Fall so aufeinander abgestimmt, dass die während der Periodendauer Tp aufgenommene Leistung im Mittel konstant ist, wobei die Periodendauer in der erläuterten Weise modulationsbedingt schwankt, wodurch ein frequenzmoduliertes Ansteuersignal selbst bei gleichbleibendem Regelsignal und damit gleichbleibender Leistungsaufnahme zu erreichen ist.
4 veranschaulicht Änderungen der Schaltfrequenz f bezogen auf eine normierte Differenz zwischen der ersten Impulsdauer T1 und der zweiten Impulsdauer T2. Hieraus wird deutlich, dass sich durch Modulation der ersten Impulsdauer T1 und einer daraus resultierenden Anpassung der zweiten Impulsdauer T2 zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden mittleren Leistungsaufnahme Frequenzvariationen der Schaltfrequenz des Ansteuersignals resultieren. Elektromagnetische Störabstrahlungen, die aus dem Ansteuersignal AS resultieren, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren somit auch dann, wenn die Leistungsaufnahme der Last über eine längere Zeitdauer konstant bleibt, über einen vorgegebenen Frequenzbereich "verwischt".
5 zeigt grundsätzlich die Abhängigkeit der ersten Impulsdauer T1 und der zweiten Impulsdauer T2 vom Regelsignal RS beziehungsweise der von der Last aufgenommenen Leistung. Hieraus wird deutlich, dass die erste und zweite Impulsdauer T1, T2 mit zunehmendem Regelsignal RS größer werden, um die Leistungsaufnahme zu steigern, wobei das Verhältnis der Impulsdauern T1, T2 untereinander so ist, dass bei einer Verlängerung der ersten Impulsdauer T1 die zweite Impulsdauer T2 verringert wird, und umgekehrt, um die mittlere aufgenommene Leistung konstant zu behalten. ΔT bezeichnet in 5 die Zeitdifferenz zwischen der ersten Impulsdauer T1 und der zweiten Impulsdauer T2. Vorzugsweise reduziert sich diese zeitliche Differenz mit zunehmender Leistungsaufnahme und da mit größer werdendem Regelsignal RS, bis bei einer maximalen Leistungsaufnahme die erste und zweite Impulsdauer T1, T2 gleich groß sind, um die durch die Sättigung des Transformators begrenzte maximale Leistungsaufnahme des Netzteils ausnutzen zu können.
Die Leistungsaufnahme des Schaltnetzteiles wird bestimmt durch die erste Impulsdauer T1 und die zweite Impulsdauer T2, wobei wenigstens eine der Impulsdauern durch ein Modulationssignal MS moduliert wird. Die aufzunehmende Leistung und damit die Gesamt-Einschaltdauer des Schalters pro Ansteuerzyklus sind durch das Regelsignal RS vorgegeben.
6 veranschaulicht eine Verarbeitungseinheit 10, der das die Leistungsaufnahme bestimmende Regelsignal RS sowie ein die Impulsdauer wenigstens eines der Einschaltimpulse modulierendes Modulationssignal MS zugeführt sind, und die erste und zweite Impulsdauern T1, T2 aus dem Regelsignal RS und dem Modulationssignal MS ermittelt. Diese Verarbeitungseinheit 10 kann beispielsweise eine Nachschlagetabelle enthalten, in der für verschiedene Regelsignale und verschiedene Modulationssignale zwei zusammengehörige Wertepaare für die erste Impulsdauer T1 und die zweite Impulsdauer T2 enthalten sind. Die Verarbeitungseinheit 10 kann auch eine Berechnungseinheit umfassen, die zu einem vorgegebenen Regelsignal RS und einer durch das Modulationssignal MS vorgegebenen ersten Impulsdauer anhand der oben erläuterten Gleichungen (1) und (2) die zweite Impulsdauer ermittelt.
7a veranschaulicht eine Impulsfolge, die zwei erste Einschaltimpulse P1 der Impulsdauer T1 und einen zweiten Einschaltimpuls P2 der Impulsdauer T2 umfasst. 7b zeigt den Magnetisierungsverlauf der Primärspule Lp für eine solche Impulsfolge während eines Ansteuerzyklus. Die durch das freischwingende Schaltnetzteil aufgenommene mittlere Leistung Pin ist abhängig von der ersten Impulsdauer T1 und der zweiten Impulsdauer T2 schematisch in 8 dargestellt. 8 zeigt eine Anzahl elliptischer Kurven, wobei die mittlere aufgenommene Leistung auf jeder dieser Kurven konstant ist und die Leistungsaufnahme mit zunehmender Entfernung der jeweiligen Kurve vom Nullpunkt zunimmt. Aus den in 8 dargestellten Kurven wird deutlich, dass die erste und zweite Impulsdauer T1, T2 zur Erzielung einer vorgegebenen mittleren Leistungsaufnahme in einem weiten Bereich schwanken können, wobei anhand der Kurven zu jeder ersten Impulsdauer T1 die zugehörige zweite Impulsdauer T2 ermittelt werden kann. Die in 8 dargestellte Kurve kann beispielsweise in Tabellenform in einer Anordnung 10 gemäß 6 abgespeichert werden, um beispielsweise zu einer ersten Impulsdauer T1, die beispielsweise durch ein Modulationssignal moduliert wird, die zugehörige zweite Impulsdauer T2 zu ermitteln.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die erste Impulsdauer T1 abhängig von dem Regelsignal RS und damit angepasst an die Leistungsaufnahme der Last einzustellen, und die zweite Impulsdauer T2 proportional zu der ersten Impulsdauer T1 zu wählen, wobei dieser Proportionalitätsfaktor abhängig von einem Modulationssignal innerhalb vorgegebener Grenzen variiert, so dass die Gesamt-Einschaltdauer neben dem Regelsignal RS auch von dem Modulationssignal MS abhängig ist, um eine Frequenzmodulation des Ansteuersignals zu erhalten.
8 zeigt ausgehend vom Nullpunkt drei radial verlaufende Linien, wobei auf einer der Linien die Werte für die aufgenommene Leistung liegen, wenn die zweite Impulsdauer T2 das 0,3-fache oder 30 % der ersten Impulsdauer T1, die zweite Impulsdauer das 0,4-fache oder 40 % der ersten Impulsdauer T1 und die zweite Impulsdauer T2 das 0,5-fache oder 50 % der ersten Impulsdauer T1 beträgt. Betrachtet man die elliptischen Leistungskurven in dem Bereich zwischen diesen Linien, so fällt auf, dass die Leistungskurven in diesem Bereich annähernd waagrecht verlaufen, das heißt, dass für einen vorgegebenen Wert der ersten Impulsdauer T1 Schwankungen der zwei ten Impulsdauer T2 innerhalb eines Bereiches, der zwischen 30% und 50 % der ersten Impulsdauer T1 liegt, keine nennenswerte Veränderung der mittleren Leistungsaufnahme mit sich bringt. Man macht sich dies bei der erwähnten Ausführungsform zu nutze, bei welcher die erste Impulsdauer T1 ausschließlich abhängig von dem Regelsignal RS und die zweite Impulsdauer T2 abhängig von der ersten Impulsdauer T1 und einem Modulationssignal eingestellt wird, wobei das Modulationssignal den Schwankungsbereich der zweiten Impulsdauer T2 bestimmt. Dieser Schwankungsbereich liegt bei einer Impulsfolge mit zwei ersten Einschaltimpulsen und einem zweiten Einschaltimpuls vorzugsweise in einem Bereich zwischen 30 % und 50 % der ersten Impulsdauer.
Die zeitliche Abfolge der ersten Einschaltimpulse P1 und des zweiten Einschaltimpulses P2 innerhalb der Impulsfolge kann selbstverständlich beliebig variieren und ist nicht auf die in 7a dargestellte Abfolge beschränkt.
Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von m-ersten Impulsen P1 und von n-zweiten Impulsen P2, die zeitlich wiederkehrenden Impulsfolgen bilden, wobei selbstverständlich für jede dieser Kombinationen andere Leistungskurven entstehen, aus denen sich andere Variationsbereiche ergeben, innerhalb derer die zweite Impulsdauer abhängig von der ersten Impulsdauer variiert werden kann, ohne die mittlere Leistungsaufnahme nennenswert zu variieren.
9 zeigt eine Ansteuerschaltung 20 für einen in Reihe zu einer Primärspule Lp eines Transformators Tr in einem freischwingenden Schaltungsteil geschalteten Schalter T1, die ein Ansteuersignal AS mit einer wiederkehrenden, wenigstens einen ersten Einschaltimpuls und wenigstens einen zweiten Einschaltimpuls umfassenden Impulsfolge erzeugt. Die Impulsdauer eines der Impulse wird dabei abhängig von einem Regelsignal RS eingestellt, und die Impulsdauer des anderen Impulses ist abhängig von der einen Impulsdauer und wird durch ein Modulationssignal MS moduliert.
Die Ansteuerschaltung 20 umfasst eine erste Anschlussklemme K1, an der ein Regelsignal RS, das die Leistungsaufnahme des Netzteils bestimmt, anliegt. Dieses Regelsignal RS wird in hinlänglich bekannter Weise aus der Ausgangsspannung Uout ermittelt, wie beispielsweise oben zu 1 erläutert wurde. In dem Beispiel gemäß 9 wird dieses Regelsignal RS durch einen Regler RL bereitgestellt, dem eine Referenzspannung Vref und ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges Rückkopplungssignal FS zugeführt sind und der eine Differenz zwischen dem Referenzsignal Vref und dem Rückkopplungssignal FS ermittelt. Der Regler RL ist beispielsweise ein Proportional-Regler, ein Proportional-Integral-Regler oder ein Integral-Regler. Das Regelsignal RS ist in dem erläuterten Beispiel umso größer, je größer die Leistungsaufnahme einer an die Ausgangsklemmen AK1, AK2 angeschlossenen Last ist, wobei diese Leistungsaufnahme anhand von Abweichungen der Ausgangsspannung Uout zu dem Referenzwert Vref ermittelt wird.
Die Ansteuerschaltung 20 umfasst eine zweite Eingangsklemme K2, der ein Magnetisierungssignal S21 zugeführt ist. Dieses Magnetisierungssignal wird mittels einer Hilfsspule Lh die an die Primärspule Lp gekoppelt ist, und eines Komparators KMP ermittelt, wobei dieser Komparator KMP die Spannung über der Hilfsspule LH mit Bezugspotential, auf das auch die Eingangsspannung hin bezogen ist, vergleicht und eine steigende Flanke des Magnetisierungssignals S21 erzeugt, wenn nach der Entmagnetisierung der Primärspule Lp die Spannung über der Hilfsspule Lh auf Bezugspotential GND abgesunken ist.
Die Ansteuerschaltung 20 umfasst eine herkömmliche Signalerzeugungsschaltung mit einer Treiberschaltung 212, die das Ansteuersignal AS bereitstellt, einem RS-Flip-Flop 211 und einem Komparator 210. Dem Setz-Eingang S des Flip-Flops 211 ist dabei das Magnetisierungssignal S21 zugeführt, wobei das Flip-Flop 211 mit jeder steigenden Flanke dieses Magnetisierungssignals S21 gesetzt wird, um dadurch den in dem Beispiel als n-Kanal-MOSFET ausgebildeten Leistungstransistor T1 einzuschalten. Das Flip-Flop 211 wird nach Maßgabe eines Ausgangssignals des Komparators 210 zurückgesetzt, um den Transistor T1 auszuschalten. Dem Minus-Eingang des Komparators 210 ist zur Erzeugung dieses Rücksetz-Signals ein Referenzsignal 522 von einer noch zu erläuternden Referenzsignalerzeugungsschaltung 22 und ein Rampensignal S24 zugeführt. Dieses Rampensignal S24 ist proportional zu dem bei Schließen des Transistors T1 ebenfalls rampenförmigen Eingangsstrom Iin und steht in dem Ausführungsbeispiel als Spannung über einem in Reihe zu der Primärspule Lp geschalteten Wiederstand Rs zur Verfügung. Das Rampensignal S24 beginnt mit dem Einschalten des Transistors T1 bei Null und steigt linear über der Zeit an, wobei das Flip-Flop 211 zurückgesetzt wird, um den Transistor T1 auszuschalten, wenn das Rampensignal S24 das Referenzsignal S22 übersteigt.
10 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Steigung des Rampensignals 524, der Amplitude des Referenzsignals S22 und der Einschaltdauer ton des Transistors T1. Daraus wird deutlich, dass die Einschaltdauer ton bei konstanter Steigung des Rampensignals S24 direkt proportional zu dem Referenzsignal S2 ist. Die Steigung des Rampensignals S24 ist wiederum von der Eingangsspannung Uin abhängig, die jedoch zumindest über eine Vielzahl von Ansteuerzyklen als konstant angenommen werden kann. Vergrößert sich die Eingangsspannung Uin, so verkleinert sich das Regelsignal RS, um dadurch die Leistungsaufnahme konstant zu halten.
Zur Bereitstellung des Referenzsignals S22 umfasst die Ansteuerschaltung 20 eine Referenzsignalerzeugungsschaltung 22 mit einem Signalgenerator 221, der ein Modulationssignal MS bereitstellt und einer Bewertungsschaltung 222. Die Referenzsignalerzeugungsschaltung 22 umfasst weiterhin einen Umschalter 223, der angesteuert durch eine Zählereinrichtung 220 entweder das Regelsignal RS oder ein von der Bewertungsschaltung 222 bereitgestelltes bewertetes Regelsignal S23 als Referenzsignal S22 bereitstellt. Die Bewertungsschaltung 222 umfasst einen Spannungsteiler 222, der das Regelsignal RS teilt und der einen Abgriff aufweist, an dem das bewertete Regelsignal S23 bereitsteht. Abhängig davon, ob das Regelsignal RS oder das Signal S23 als Referenzsignal S22 bei der Ermittlung der Einschaltdauer in der Signalerzeugungsschaltung 21 verwendet wird, werden am Ausgang der Signalerzeugungsschaltung Einschaltimpulse erzeugt, deren Dauer proportional zu dem Regelsignal RS ist, oder es werden Einschaltimpulse erzeugt, deren Dauer proportional zu dem bewerteten Signal S23 ist. Bei einem Signalverlauf mit zwei ersten Impulsen P1 und einem zweiten Impuls P2 wird der Variationsbereich, innerhalb dessen das Signal S22 nach Maßgabe des Modulationssignals MS variieren kann, entsprechend der Darstellung in 8 so erzeugt, dass das Signal S23 eine Amplitude aufweist, die zwischen 30% und 50% der Amplitude des Regelsignals RS entspricht. Die Zählerschaltung 220 ist in diesem Fall so ausgestaltet, dass sie den Umschalter 223 jeweils für die Dauer von zwei Einschaltimpulsen in einer Schalterstellung belässt, in welcher das Regelsignal RS als Referenzsignal S22 der Signalerzeugungsschaltung 21 zugeführt wird, um zwei erste Einschaltimpulse P1 mit einer von dem Regelsignal RS abhängigen Dauer zu erzeugen, und dass sie danach den Schalter 223 für die Dauer eines Einschaltimpulses in eine Schalterstellung bringt, bei welcher das bewertete Regelsignal S23 als Referenzsignal S22 der Signalerzeugungsschaltung 21 zugeführt wird, um einen zweiten Einschaltimpuls P2 zu erzeugen.
Bei anderen Impulsfolgen, bei denen eine andere Anzahl von ersten Impulsen verwendet wird und bei denen eine andere Anzahl von zweiten Impulsen verwendet wird, ist der Zähler 220 so ausgestaltet, dass der Umschalter 223 zur Erzielung der gewünschten Impulsfolge umgeschaltet wird.

20: Ansteuerschaltung
21: Signalerzeugungsschaltung
210: Komparator
211: RS-Flip-Flop
212: Treiberschaltung
22: Referenzsignalerzeugungsschaltung
220: Zähler
221: Signalgenerator
222: Bewertungsschaltung
223: Umschalter
AK1, AK2: Ausgangsklemmen
AS: Ansteuersignal
C1: Kondensator
D1: Diode
EK1, EK2: Eingangsklemmen
f: Frequenz
FS: Rückkopplungssignal
GL: Gleichrichteranordnung
GND: Bezugspotential
IC: Ansteuerschaltung
Iin: Eingangsstrom
KMP: Komparator
LH: Hilfswicklung
Lp: Primärspule
Ls: Sekundärspule
MS: Modulationssignal
OK: Optokoppler
P1: erster Einschaltimpuls
P2: zweiter Einschaltimpuls
RL: Regler
RS: Regelsignal
Rs: Widerstand
S21: Magnetisierungssignal
S22: Referenzsignals
S23: bewertetes Regelsignal
T1: erste Impulsdauer
T1: Halbleiterschalter
T2: zweite Impulsdauer
Tp: Periodendauer
TR: Transformator
Uin: Eingangsspannung
Uout: Ausgangsspannung
Vref: Referenzspannung

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines in Reihe zu einer Primärspule (Lp) eines Transformators (Tr) geschalteten Schalters (T1) in einem freischwingenden Schaltnetzteil, wobei eine Eingangsspannung (Uin) über der Reihenschaltung mit der Primärspule (Lp) und dem Schalter (T1) anliegt, eine Sekundärspule (Ls) des Transformators (Tr) an Ausgangsklemmen (AK1, AK2) gekoppelt ist, an denen eine Ausgangsspannung (Uout) bereitsteht, ein die Leistungsaufnahme bestimmendes Regelsignal (RS) zur Verfügung steht und der Schalter (T1) jeweils eingeschaltet wird, wenn die Primärspule (Lp) einen vorgegebenen Magnetisierungszustand erreicht, gekennzeichnet, durch – Bereitstellen eines Modulationssignals (MS), – Bereitstellen eines Ansteuersignals (AS) für den Schalter (T1) mit einer wiederkehrenden Impulsfolge, die wenigstens einen ersten Einschaltimpuls (P1) einer ersten Impulsdauer und wenigstens einen zweiten Einschaltimpuls (P2) einer zweiten Impulsdauer aufweist, wobei die Impulsdauer wenigstens eines der Einschaltimpulse (P1, P2) innerhalb eines durch das Regelsignal (RS) vorgegebenen Bereiches nach Maßgabe des Modulationssignals (MS) moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Gesamt-Einschaltdauer der Einschaltimpulse (P1, P2), die sich aus der Summe der Einschaltdauern aller Impulse der Impulsfolge ergibt, abhängig von dem Modulationssignal (MS) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Abhängigkeiten der Einschaltdauern des wenigstens einen ersten und zweiten Einschaltimpulses (P1, P2) von dem Modulationssignal (MS) so gewählt sind, dass eine pro Impulsfolge über die Eingangsklemmen (EK1, EK2) aufgenommene mittlere Leistung bei gleichblei bendem Regelsignal (RS) wenigstens annäherungsweise konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei dem die Abhängigkeiten der Einschaltdauern des wenigstens einen ersten und zweiten Einschaltimpulses (P1, P2) von dem Modulationssignal (MS) so gewählt sind, dass eine pro Impulsfolge über die Eingangsklemmen (EK1, EK2) aufgenommene mittlere Leistung bei gleichbleibendem Regelsignal Schwankungen von weniger als 1% bezogen auf einen über mehrere Impulsfolgen gemittelten Mittelwert der mittleren Leistung unterliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Impulsdauer des ersten Einschaltimpulses proportional zu dem Regelsignal (RS) ist und die zweite Impulsdauer des zweiten Einschaltimpulses proportional zu der ersten Einschaltdauer ist, wobei ein Proportionalitätsfaktor über der die zweite Impulsdauer von der ersten Impulsdauer abhängig ist innerhalb vorgegebener Grenzen durch das Modulationssignal (MS) moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Grenzen, innerhalb derer die zweite Impulsdauer variiert, so gewählt sind, dass die mittlere durch das Schaltnetzteil aufgenommene Leistung bei gleichbleibendem Regelsignal (RS) wenigstens annäherungsweise konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Grenzen, innerhalb derer die zweite Einschaltdauer variiert, so gewählt sind, dass die mittlere durch das Schaltnetzteil aufgenommene Leistung bei gleichbleibendem Regelsignal Schwankungen von weniger als 1% unterliegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Impulsfolge m erste Einschaltimpulse (P1) jeweils der ersten Impulsdauer und n zweiten Einschaltimpulse (P2) der zweiten Impulsdauer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem m = 2 und n = 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Bereich, innerhalb dessen die zweite Impulsdauer durch das Modulationssignal (MS) moduliert wird, zwischen dem 0,3-fachen und dem 0,5-fachen der ersten Impulsdauer beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Modulationssignal (MS) ein zufälliges oder pseudo-zufälliges Signal ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Bereich, innerhalb dessen die Einschaltdauer des wenigstens einen der Ansteuerimpulse (P1, P2) der wiederkehrenden Impulsfolge, dessen Impulsdauer durch das Modulationssignal moduliert wird, von der maximalen Magnetisierung der Primärspule pro Einschaltvorgang abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Differenz zwischen der ersten und zweiten Impulsdauer gegen Null geht, wenn die Leistungsaufnahme so hoch ist, dass die maximale Magnetisierung (Sättigung) der Primärspule (Lp) erreicht wird.
Ansteuerschaltung für einen in Reihe zu einer Primärspule (Lp) eines Transformators (Tr) geschalteten Schalter (T1) in einem freischwingenden Schaltnetzteil, die folgende Merkmale aufweist: – eine erste Eingangsklemme (K1) zur Zuführung eines die Leistungsaufnahme bestimmenden Regelsignals (RS), – eine zweite Eingangsklemme (K2) zur Zuführung eines vom Magnetisierungszustand der Primärspule (Lp) abhängigen Magnetisierungssignals (S21), – eine Ausgangsklemme (AK) zur Bereitstellung eines Ansteuersignals (AS), – eine Signalerzeugungsschaltung (21), der das Magnetisierungssignal (S21) und ein von dem Regelsignal (RS) abhängiges Referenzsignal (S22) zugeführt sind, und die ein eine Folge von Einschaltimpulsen umfassendes Ansteuersignal (AS) bereitstellt, wobei der Beginn eines Einschaltimpulses jeweils durch das Magnetisierungssignal (S21) und die Dauer eines Einschaltimpulses durch das Referenzsignal (S22) vorgegeben ist, gekennzeichnet durch eine Referenzsignalerzeugungsschaltung (22), der das Regelsignal (RS) zugeführt ist und die das Referenzsignal (S22) bereitstellt, und die folgende weitere Merkmale aufweist: – einen Signalgenerator (221), der ein Modulationssignal (MS) bereitstellt, – eine Bewertungsschaltung (222), der das Regelsignal (RS) und das Modulationssignal (MS) zugeführt sind und die ein nach Maßgabe des Modulationssignals bewertetes Regelsignal (S23) bereitstellt, – einen Umschalter (223), abhängig von dessen Schalterstellung das Regelsignal (RS) oder das bewertete Regelsignal (S23) als Referenzsignal (S22) bereitgestellt wird.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 14, bei der die Referenzsignalerzeugungsschaltung (22) einen den Umschalter (223) ansteuernden Zähler (220) umfasst, der die Ansteuerimpulse des Ansteuersignals (AS) zählt.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Bewertungsschaltung einen Signalteiler (222) umfasst, dessen Teilerverhältnis innerhalb vorgegebener Grenzen durch das Mo dulationssignal (MS) eingestellt wird, dem das Regelsignal (RS) zugeführt ist und der einen Signalabgriff aufweist, an dem das bewertete Regelsignal (S23) abgreifbar ist.