DE10259353A1

DE10259353A1 - Verfahren, Schaltungsanordnung und Schaltregler-Kontrollbaustein zur Erzeugung einer Mehrzahl von geregelten Gleichspannungen

Info

Publication number: DE10259353A1
Application number: DE10259353A
Authority: DE
Inventors: Peter Preller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-22
Also published as: CN1525632A

Abstract

Bei einer mindestens eine primäre Schalteinrichtung (SE) und eine induktive Speichereinrichtung (L, TR1) umfassenden Schaltregleranordnung werden mittels der primären Schalteinrichtung (SE) Lade- und Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung (L) gesteuert und mittels sekundärer Schalteinrichtungen (S1, S2, ...) in einem Zeitmultiplex-Verfahren jeweils einer von einer Mehrzahl von Ausgangsspannungen (U1, U2, ...) der Schaltregleranordnung zugeordnet. Die Ausgangsspannungen (U1, U2, ...) sind unabhängig voneinander regelbar. Schaltverluste in der primären Schalteinrichtung (SE) und Leistungsverluste durch Längsregler werden vermieden. Die Schaltregleranordnung ist variabel konfigurierbar und ermöglicht einfache Schaltnetzteile für elektrische Vorrichtungen mit Stand-By-Betriebsmodus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Mehrzahl geregelter Ausgangsspannungen aus einer Eingangsspannung, bei dem

– mittels einer primären Schalteinrichtung Lade- und Entladezyklen einer induktiven Speichereinrichtung gesteuert sowie
– während der Ladezyklen die induktive Speichereinrichtung aus der Eingangsspannung, während der Entladezyklen aus der induktiven Speichereinrichtung ausgangsseitige Ladungsspeichereinrichtungen und aus den Ladungsspeichereinrichtungen den Ausgangsspannungen zugeordnete Lastströme gespeist werden.

Schaltregleranordnungen werden üblicherweise in sekundär getaktete Schaltregleranordnungen wie Abwärtswandler, Aufwärtswandler und invertierender Wandler, sowie primär getaktete Schaltregleranordnungen wie Eintaktwandler und Gegentaktwandler eingeteilt. Allgemein wird dabei eine Eingangsspannung der Schaltregleranordnung durch eine geeignete Steuerung eines Stromflusses durch eine induktive Speichereinrichtung im Zuge eines Lade/Entladezyklus in eine Ausgangsspannung der Schaltregleranordnung umgesetzt. Durch eine zeitliche Ablaufsteuerung der Lade/Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung mittels einer steuerbaren primären Schalteinrichtung und einem die primäre Schalteinrichtung in Abhängigkeit einer Abweichung eines gemessenen Istwerts der Ausgangsspannung von einem Nennwert ist die Ausgangsspannung regelbar.
Auf Schwankungen der Eingangsspannung sowie auf Schwankungen infolge eines ausgangsseitig abfließenden veränderlichen Laststroms beruhende Abweichungen des Istwerts der Ausgangsspannung vom Nennwert werden kontinuierlich ausgeglichen. Die Lade/Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung werden dabei über ein Verhältnis einer Einschaltzeit zu einer Ausschaltzeit der primären Schalteinrichtung gesteuert.
Dazu wird ein aktueller Istwert der Ausgangsspannung mit einem Nennwert der Ausgangsspannung verglichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleiches das Verhältnis von Einschaltzeit zu einer Ausschaltzeit der primären Schalteinrichtung verändert. Die Auswertung der Ausgangsspannung, sowie das Generieren eines Steuersignals für die Ansteuerung der primären Schalteinrichtung erfolgen dabei in einer Schaltreglerkontrolleinrichtung.
Sollen nun aus einer Eingangsspannung mehrere geregelte Ausgangsspannungen mit unterschiedlichen Nennwerten erzeugt werden, so sind dazu bisher mehrere, parallel geschaltete Schaltregleranordnungen oder Längsregler notwendig.
Dabei weisen Längsregler nachteiligerweise eine hohe Verlustleistung proportional einer Differenz zwischen der Eingangsspannung des Längsreglers und der Ausgangsspannung und dem durch den Längsregler fließenden Laststrom auf. Zusätzliche Schaltregleranordnungen erfordern eine weitere induktive Speichereinrichtung sowie jeweils eine weitere Schaltreglerkontrolleinrichtung. Es sind mehr Bauteile mit teilweise vergleichsweise hohem Platzbedarf erforderlich. Der erhöhte schaltungstechnische Aufwand in Verbindung mit dem Platzbedarf auf einer Systemplatine ist kostenintensiv.
Bei herkömmlichen primär getakteten Schaltreglern werden als induktive Speichereinrichtung Primär- und Sekundärwicklungen eines Übertragers benutzt. Durch eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen, die zur Primärwicklung unterschiedliche Windungsverhältnisse aufweisen, liefern solche dann auch als Schaltnetzteile bezeichnete Schaltregleranordnungen mehrere unterschiedliche Ausgangspannungen. Dabei wird eine jeweils einer der Ausgangsspannungen proportionale Messspannung beispielsweise über einen Optokoppler auf die Primärseite des Übertragers zurück übertragen. Der Wert der Messspannung wird ähnlich oben mit einem Nennwert verglichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs die Einschalt- bzw. Ausschaltzeit der primären Schalteinrichtung gesteuert. Die weiteren Ausgangsspannungen werden über die zugeordneten Sekundärwindungen bis zu einem gewissen Grad mitgeregelt. Jedoch führen Schwankungen eines durch eine der Ausgangsspannungen gespeisten Laststroms zu Schwankungen auch der mitgeregelten Ausgangsspannungen. Die mitgeregelten Ausgangsspannungen sind vom Regelverhalten der geregelten Ausgangsspannung abhängig. Es liegt ein störendes Übersprechen zwischen den Ausgangsspannungen des Schaltnetzteiles vor.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Erzeugung einer Mehrzahl voneinander unabhängig geregelter Ausgangsspannungen aus einer gemeinsamen Eingangsspannung mit Hilfe einer Schaltregleranordnung möglich ist und bei dem gegenüber herkömmlichen Schaltregleranordnungen die Anzahl kostenintensiver Bauteile, deren Platzbedarf auf einer Systemplatine der Schaltungsanordnung und eine Verlustleistung wesentlich reduziert werden kann. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung sowie einen Schaltregler-Kontrollbaustein zur Verfügung zu stellen, die jeweils ein solches Verfahren ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Eine die Aufgabe lösende Schaltungsanordnung ist im Patentanspruch 22, ein die Aufgabe lösender Schaltregler-Kontrollbaustein im Patentanspruch 42 genannt. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den jeweilige Unteransprüchen.

Wie bei herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung einer Mehrzahl geregelter Ausgangsspannungen aus einer Eingangsspannung werden auch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst mittels einer primären Schalteinrichtung Lade- und Entladezyklen einer induktiven Speichereinrichtung gesteuert, wobei während der Ladezyklen die induktive Speichereinrichtung aus der Eingangsspannung gespeist wird und während der Entladezyklen aus der induktiven Speichereinrichtung ausgangsseitige Ladungsspeichereinrichtungen und aus den Ladungsspeichereinrichtungen den Ausgangsspannungen zugeordnete Lastströme gespeist werden.

Wird üblicherweise jedoch lediglich eine der Ausgangsspannungen unmittelbar durch die Ansteuerung der primären Schalteinrichtung, die anderen Ausgangsspannungen, wenn überhaupt, mittels eigener Reglereinrichtungen wie etwa Längsreglern, geregelt, so werden erfindungsgemäß die den Ausgangsspannungen zugeordneten Ladungsspeichereinrichtungen abwechselnd aus der induktiven Speichereinrichtung gespeist und damit alle Ausgangsspannungen allein durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der primären Schalteinrichtung geregelt.

Dazu wird jeder Ladungsspeichereinrichtung und damit jeder Ausgangsspannung eine aus jeweils einem Lade- und einem Entladezyklus der induktiven Speichereinrichtung gebildete Teilperiode zugeordnet, innerhalb derer die Ansteuerung der pri mären Schalteinrichtung in Abhängigkeit der Regelerfordernisse der gerade zugeordneten Ausgangsspannung erfolgt.

Die Regelung der Ausgangsspannungen erfolgt in einem Zeitmultiplex-Verfahren mit im Wesentlichen derselben Anzahl platz- und kostenintensiver Bauteile, wie sie auch für die Regelung einer einzigen Ausgangsspannung einer Schaltreglereinrichtung nach herkömmlichen Verfahren erforderlich wäre. Die Anzahl der Bauteile ist wesentlich reduziert. Unabhängig von der Anzahl der geregelten Ausgangsspannungen ist nur jeweils eine induktive Speichereinrichtung und eine Schaltreglerkontrolleinrichtung notwendig. Es entfällt ferner die Notwendigkeit, weitere nachgeschaltete Längsregler vorzusehen. Gegenüber herkömmlichen, auf Längsreglern basierenden Verfahren ist die Verlustleistung deutlich reduziert.

Zum Speisen der Ladungsspeichereinrichtungen werden diese jeweils abwechselnd mit der induktiven Speichereinrichtung in einer Weise verbunden, dass während des Entladezyklus der induktiven Speichereinrichtung ein Ladestrom von der induktiven Speichereinrichtung zur jeweils zugeordneten Ladungsspeichereinrichtung fließt.

Bevorzugt wird dazu in Strompfaden zwischen den Ladungsspeichereinrichtungen und der induktiven Speichereinrichtung jeweils eine steuerbare sekundäre Schalteinrichtung vorgesehen. die Zuordnung der Entladezyklen zu den Ladungsspeichereinrichtungen erfolgt dann in einfacher Weise durch geeignetes Schließen und Öffnen der sekundären Schalteinrichtungen. Die Ausbildung der sekundären Schalteinrichtungen wird wesentlich durch den zugeordneten Laststrom bestimmt. In üblichen Anwendungen werden die sekundären Schalteinrichtungen als MOSFET-Transistoren vorgesehen.

Zwischen den Ladungsspeichereinrichtungen und der Schaltreglerkontrolleinrichtung werden Messpfade vorgesehen. Über die Messpfade wird der Istwert der jeweils zugeordneten Ausgangsspannung erfasst und dadurch die Steuerung der Lade- und Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung in Abhängigkeit eines Vergleichs des Istwerts mit dem Nennwert der jeweils korrespondierenden Ausgangsspannung ermöglicht.

Die Ladungsspeichereinrichtungen sind jeweils im Wesentlichen für mindestens eine Dauer des Entladezyklus der Teilperiode mit der induktiven Speichereinrichtung zu verbinden. Bevorzugt wird jedoch jede Ladungsspeichereinrichtung für die gesamte Teilperiode mit der induktiven Speichereinrichtung verbunden und eine zur Ladezeit korrespondierende Einschaltzeit und eine zur Entladezeit korrespondierende Ausschaltzeit der primären Schalteinrichtung entsprechend den Regelerfordernissen der zugeordneten Ausgangsspannung gesetzt.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine für die Funktionalität der Schaltregleranordnung ohnehin vorzusehende Gleichrichtereinrichtung in einer Weise angeordnet, dass die Ansteuerung oder die Ausbildung der sekundären Schalteinrichtungen vereinfacht wird. Wird etwa anstelle einer einzigen, funktional zur Gleichrichtung des Ausgangssignals der induktiven Speichereinrichtung vorzusehenden Gleichrichtereinrichtung eine Mehrzahl von jeweils einem der Ausgangszweige zugeordneten Gleichrichterdioden vorgesehen, so lassen sich die Anforderungen an die zeitliche Schaltgenauigkeit der sekundären Schalteinrichtungen verringern.

Damit wird auch eine Zuordnung jeweils einer der Lade/Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung zu einer einer der Ausgangsspannungen mit jeweils einem Richtnennwert zuge ordneten Ladungsspeichereinrichtung ermöglicht, indem alle sekundären Schalteinrichtungen geöffnet werden, deren korrespondierende Ausgangsspannungen einen gegenüber dem Richtnennwert niedrigeren Nennwert aufweisen. Dabei ist in jedem Ausgangspfad jeweils eine Gleichrichtereinrichtung vorzusehen.

Nach einer weiteren Konfiguration ist zwischen jeder der Ladungsspeichereinrichtungen und der induktiven Speichereinrichtung jeweils eine sekundäre Schalteinrichtung angeordnet. Für jede Teilperiode kann eine oder mehrere der sekundären Schalteinrichtungen im geschlossen Zustand betrieben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit verschiedenen Konfigurationen der Schaltreglereinrichtung realisieren. Wird als induktive Speichereinrichtung eine Spule vorgesehen, so kann diese zusammen mit der primären Schalteinrichtung und gegebenenfalls einer weiteren Gleichrichtereinrichtung als Abwärtswandler, Aufwärtswandler oder als invertierender Wandler konfiguriert und betrieben werden.

In besonders bevorzugter Weise wird jedoch als induktive Speichereinrichtung ein Übertrager vorgesehen. Der Übertrager wird dabei während eines Ladezyklus über eine Primärwicklung gespeist und während eines Entladezyklus über mindestens eine Sekundärwicklung entladen.

Die Schaltreglereinrichtung lässt sich dann als Eintakt- oder Gegentaktwandlertopologie mit einer Mehrzahl von Ausgangsspannungen konzipieren und betreiben. Dabei werden die Ausgangsspannungen über eine oder mehrere Sekundärwicklungen abgegriffen. In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform werden weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich.

So arbeitet eine erfindungsgemäß als primär getaktetes Schaltnetzteil ausgebildete Schaltregleranordnung nicht wie vergleichbare übliche Schaltnetzteile mit einer festen Windenspannung am Übertrager. Es stellt sich vielmehr in jeder Teilperiode eine durch die gerade zugeordnete Ausgangsspannung bestimmte Windenspannung ein. Vorteilhafterweise werden die Nennwerte der Ausgangsspannungen eines erfindungsgemäßen primär getakteten Schaltnetzteils dann nicht mehr auf ganze Vielfache einer festen Windenspannung bestimmt. Vielmehr wird jede Ausgangsspannung einzeln und unabhängig von Übertragungsverhältnissen geregelt. Dies ermöglicht eine Standardisierung von Übertragern für Schaltnetzteile, da deren Wicklungen nicht mehr spezifisch auf die Nennwerte der Ausgangsspannungen abgestimmt werden müssen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bei primär getakteten Schaltreglereinrichtungen ist darin zu sehen, dass die Verlustleistung in der primären Schalteinrichtung deutlich reduziert wird. Bei Eintaktwandlern, bei denen die primäre Schalteinrichtung zwischen einem Anschluss der induktiven Speichereinrichtung, also der Primärwicklung des Übertragers, und einem Massepotential betrieben wird, ergibt sich die über die Schaltkontakte der primären Schalteinrichtung, etwa über die Drain-Sourcestrecke eines Leistungstransistors abfallende Schaltspannung aus der Summe der Eingangsspannung des Eintaktwandlers und der der jeweiligen Teilperiode zugeordneten Ausgangsspannung. Die Leistungsverluste eines Leistungstransistors steigen mit dem Betrag der Schaltspannung. Bei herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung mehrerer Ausgangsspannungen aus einer Eingangsspannung mit einem Eintakt- oder Gegentaktwandler ergibt sich die Schaltspannung aus der Eingangsspannung und der mit dem Übertragsverhältnis des Übertragers multiplizierten maximalen Ausgangsspannung. Da der maximalen Ausgangsspannung erfin dungsgemäß aber nur eine von mehreren Teilperioden zugeordnet wird, in den restlichen Teilperioden geringere als die maximale Ausgangsspannung auf die Primärseite transformiert werden, reduzieren sich also die Verluste in der primären Schalteinrichtung in besonders vorteilhafter Weise.

Die sekundären Schalteinrichtungen können in jedem einer geregelten Spannung zugeordneten Ausgangszweig angeordnet werden. Werden die sekundären Schalteinrichtungen dann in einer Weise gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt lediglich genau eine sekundäre Schalteinrichtung im geschlossenen Zustand ist, so sind die Nennwerte der Ausgangsspannungen im Betriebszustand einer derart betriebenen Schaltregleranordnung frei veränderbar. Auf diese Weise wird eine sehr flexible Betriebsweise einer Schaltreglereinrichtung ermöglicht.

Nach einer anderen bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf das Vorsehen von sekundären Schalteinrichtungen in den jeweils einer maximalen Ausgangsspannung zugeordneten Ausgangspfaden verzichtet. Da in nahezu allen Schaltreglertopologien ausgangsseitig eine üblicherweise als Längsdiode ausgebildete Gleichrichtereinrichtung zur Einweggleichrichtung bzw. zur Verhinderung eines Rückstromes in den Ausgang der Schaltreglereinrichtung ohnehin vorgesehen wird, werden in vorteilhafter Weise in jedem an einer gemeinsamen Sekundärwicklung angeschlossenen Ausgangspfad Gleichrichtereinrichtungen vorgesehen. Während einer einer niedrigen Ausgangsspannung zugeordneten Teilperiode der primären Schalteinrichtung korrespondiert die Windenspannung der sekundären Übertragerwicklung mit der niedrigen Ausgangsspannung. Die Gleichrichtereinrichtungen von den höheren Ausgangsspannungen zugeordneten Ausgangspfaden sind in Sperrrichtung gepolt. Die den anderen Teilperioden zugeordneten Ausgangsspannungen sind damit unabhängig vom Zustand der sekundären Schalteinrichtung von der Sekundärwicklung des Übertragers entkoppelt. Vorteilhafterweise entfällt damit mindestens eine sekundäre Schalteinrichtung. Zudem kann der Ausschaltzeitpunkt mindestens eines Teils der sekundären Schalteinrichtungen bezüglich einer Schaltverlustleistung optimiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einer ersten Ausbildung den Betrieb einer festfrequenten Schaltreglereinrichtung.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ende der Magnetisierung des Übertragers registriert und damit das Ende einer Teilperiode gesteuert. Erfindungsgemäß werden die geregelten Ausgangsspannungen einer Schaltreglereinrichtung durch den quasi resonanten Betrieb der Schaltreglereinrichtung erzeugt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden laufend sämtliche zu regelnden Spannungen überwacht und die Reihenfolge der den Ausgangsspannungen zugeordneten Teilperioden etwa an geänderte Lastbedingungen und/oder an eine vorgegebene interne Priorisierung angepasst. Die Abfolge primärer Schaltperioden kann dann in besonders vorteilhafter Weise bedarfsabhängig gesteuert werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jeweils die Maximalleistung mindestens einer der geregelten Spannungen begrenzt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb insbesondere eines primär getakteten Schaltnetzteils ergibt sich hinsichtlich eines nur zeitweisen Bedarfs an einer der Ausgangsspannungen. Ein nur zeitweiser Bedarf ergibt sich etwa bei Schaltnetzgeräten für elektrische Geräte und Vorrichtun gen mit Stand-by-Betrieb. Elektrische Geräte und Vorrichtungen mit Stand-by-Betrieb weisen Schaltnetzteile auf, die im so genannten burst-mode betrieben werden. Dabei wird das Schaltnetzteil in längeren zeitlichen Abständen kurzfristig eingeschaltet. Sekundärseitig erfolgt dann eine Spannungsabsenkung, die einen Schaltungsmehraufwand erfordert. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf besonders einfache Weise den Stand-by-Betrieb, indem diejenigen Lade/Entladezyklen des Übertragers übersprungen werden, die einer im Stand-by-Betrieb der elektrischen Vorrichtung nicht benötigten Ausgangsspannung zugeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Ausgangsspannungen aus einer Eingangsspannung ausführbar. Eine erfindungsgemäße Schaltregleranordnung umfasst neben einer induktiven Speichereinrichtung, einer im geschlossenen Zustand ein Speisen der induktiven Speichereinrichtung aus der Eingangsspannung und im geöffneten Zustand ein Entladen der induktiven Speichereinrichtung steuernden primären Schalteinrichtung und einer Mehrzahl von durch die induktive Speichereinrichtung gespeisten und jeweils einer der Ausgangsspannungen zugeordneten ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen auch mindestens eine jeweils zwischen einer der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen und der induktiven Speichereinrichtung angeordnete und die ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen abwechselnd mit der induktiven Speichereinrichtung verbindende sekundäre Schalteinrichtung.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Schaltregleranordnung eine mit der primären Schalteinrichtung und den sekundären Schalteinrichtungen verbundene und diese steuernde Schaltreglerkontrolleinrichtung auf.

Zwischen jeweils eine der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen und der Schaltreglerkontrolleinrichtung sind Messpfade ausgebildet, die jeweils den zugeordneten Ausgangsspannungen proportionale Messgrößen zur Schaltreglerkontrolleinrichtung übertragen.

Die Schaltreglerkontrolleinrichtung weist zudem jeweils einem der Messpfade zugeordnete Komparatoreinheiten zum Vergleich der über den Messpfad übertragenen Messgröße mit einem jeweils zugeordneten Nennwert auf.

Zwischen den sekundären Schalteinrichtungen und der induktiven Speichereinrichtung sind Gleichrichtereinrichtungen angeordnet, die ein Entladen der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen über die induktive Speichereinrichtung blockieren.

Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist abgesehen von der einer Ausgangsspannung mit maximalem Nennwert zugeordneten ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen jeder weiteren Ladungsspeichereinrichtung eine der sekundären Schalteinrichtungen zugeordnet. Jeder der Ladungsspeichereinrichtungen wird dann eine Gleichrichtereinrichtung zugeordnet. Bei entsprechend angepassten Betrieb der Schaltregleranordnung kann in vorteilhafter Weise eine der sekundären Schalteinrichtungen eingespart werden.

In einer anderen Ausführungsform wird jeder der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen eine sekundäre Schalteinrichtung zugeordnet. In diesem Fall kann die Anzahl der Gleichrichtereinrichtungen reduziert werden. Darüber hinaus zeigt eine solche Schaltungsanordnung im Betrieb eine hohe Variabilität.

Ist die induktive Speichereinrichtung als Spule ausgebildet, so lässt sich die erfindungsgemäße Schaltregleranordnung als Abwärtswandler-, Aufwärtswandler- oder als invertierenden Wandlerkonfiguration ausbilden.

Besonders bevorzugt wird jedoch die induktive Speichereinrichtung als ein über eine Primärwicklung zu speisender und über mindestens eine Sekundärwicklung zu entladender Übertrager ausgebildet, der zusammen mit der primären Schalteinrichtung zu einer Eintakt- oder Gegentaktwandlerkonfiguration angeordnet ist.

Erfindungsgemäß weist die Schaltregleranordnung eine die Lade/Entladezyklen synchronisierende Periodenzählereinheit auf. Ferner wird sie bevorzugt mit einem Magnetisierungsmesspfad vorgesehen, der die induktive Speichereinrichtung mit der Periodenzählereinheit verbindet und über den die Periodenzählereinheit in Abhängigkeit eines Magnetisierungszustands der induktiven Speichereinrichtung gesteuert wird. Darüber hinaus wird eine Multiplexereinheit vorgesehen, die von der Periodenzählereinheit gesteuert wird und jeweils einen der Ausgänge der Komparatoreinheiten mit dem Eingang einer Regelverstärker/Modulatoreinheit verbindet.

Eine Ansteuereinheit der erfindungsgemäßen Schaltreglerkontrolleinrichtung steuert die sekundären Schalteinrichtungen in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der Periodenzählereinheit.

Die Schaltreglerkontrolleinrichtung umfasst ferner bevorzugt eine Ablaufsteuereinheit, die die Ansteuereinheit und die Multiplexereinheit in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Periodenzählereinheit und einer inneren Programmierung steuert.

Erfindungsgemäß ist dabei die innere Programmierung der Ablaufsteuerung durch Programmiereingänge der Ablaufsteuereinheit beeinflussbar. Die Schaltregleranordnung ist dann in besonders vielfältiger Weise für unterschiedliche Anwendungen in einfacher Weise konfigurierbar oder im Betrieb an geänderte Umgebungsbedingungen anpassbar.

In bevorzugter Weise sind mindestens die Regelverstärker/Modulatoreinheit zur Umsetzung eines Ausgangssignals der Komparatoreinheit in ein Steuersignal zur Steuerung der primären Schalteinrichtung, die Multiplexereinheit, die Ansteuereinheit, die Ablaufsteuereinheit, die Periodenzählereinheit und eine Teilmenge der Komparatoreinheiten in einem Bauteilgehäuse integriert. Die Integration ermöglicht zum Einen einen kompakten Aufbau von Schaltregleranordnungen. Eine Integration ist dabei auch deswegen besonders vorteilhaft, da die Universalität einer solcherart integrierten Schaltreglereinrichtung ein weites Applikationsfeld abdeckt und prinzipiell die Voraussetzung birgt, durch hohe Stückzahlen die eigenen Fertigungskosten weiter zu verringern.

In der erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung ist es erfindungsgemäß weiterhin bevorzugt vorgesehen, die Schaltreglerkontrolleinrichtung auf der Sekundärseite eines Eintakt- oder Gegentaktwandlers vorzusehen und aus mindestens einer der Ausgangsspannungen der Schaltregleranordnung zu versorgen. Es entfällt dann die Notwendigkeit, etwa die Messpfade auf die Primärseite des Wandlers zurückzuführen. Dadurch werden weitere platz- bzw. kostenintensive Komponenten wie Signalübertrager oder Optokoppler eingespart.

Zum Anlauf einer solchen Schaltregleranordnung ist es in der Folge weiterhin vorteilhaft, die primäre Schalteinrichtung mit einer internen Steuerungseinheit für einen durch den Be triebsstart der Schaltreglereinrichtung abgeschlossenen Startbetrieb der Schaltregleranordnung vorzusehen.

Nachfolgend wird die Figur anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei für einander entsprechende Bauteile und Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:

1 ein schematisches Schaltbild einer als Eintakt-Sperrwandler ausgebildeten herkömmlichen Schaltregleranordnung mit drei geregelten Ausgangsspannungen,

2 ein schematisches Schaltbild einer als Abwärtswandler ausgebildeten erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung,

3 ein schematisches Schaltbild einer als Aufwärtswandler ausgebildeten erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung,

4 ein schematisches Schaltbild einer als Eintakt-Sperrwandler ausgebildeten erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

5 ein schematisches Schaltbild einer als Eintakt-Sperrwandler ausgebildeten erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

6 ein schematisches Schaltbild einer als Gegentakt-Sperrwandler ausgebildeten erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung,

7 einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung und

8 Zeitdiagramme für die Schaltregleranordnung aus 7.

Die 1 zeigt eine herkömmliche Schaltregleranordnung zur Erzeugung von drei Ausgangsspannungen U1, U2, U3 aus einer Eingangswechselspannung UAC, wobei die Ausgangsspannungen U1, U2, U3 von der Eingangswechselspannung UAC galvanisch isoliert sind. Die Eingangswechselspannung UAC wird auf den Eingang einer Filterschaltung FS gelegt. Die am Ausgang der Filterschaltung FS anliegende Spannung wird mittels eines Brückengleichrichters BR und einer Ladungsspeichereinrichtung CL gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung liegt an einem Ende der Primärwicklung LP eines Übertrager TR1 an. Das andere Ende der Primärwicklung LP ist mit dem Drainanschluss eines als primäre Schalteinrichtung SE fungierenden Halbleiterschalters verbunden. Die primäre Schalteinrichtung SE wird über eine Schaltreglerkontrolleinrichtung IC gesteuert. Im geschlossenen Zustand verbindet die primäre Schalteinrichtung SE das zweite Ende der Primärwicklung LP des Übertragers TR1 mit dem Massepotential der Primärseite des Schaltnetzteils. Der Übertrager TR1 weist eine erste Sekundärwicklung LS1, eine zweite Sekundärwicklung LS2 und eine dritte Sekundärwicklung LS3 auf. Die an den Sekundärwicklungen LS1, LS2, LS3 auftretenden Windenspannungen werden durch Gleichrichtereinrichtungen V1, V2, V3 und Ladungsspeichereinrichtungen CS1, CS2, CS3 in die Ausgangsspannungen U1, U2, U3 umgesetzt. Eine der Ausgangsspannung U1 proportionale Messgröße wird über einen zweiten Übertrager TR2 auf die Primärseite des ersten Übertragers TR1 zurückgekoppelt. Die Windenspannungen an den Sekundärwicklungen LS2 und LS3 stellen sich gemäß dem Übertragungsverhältnis der jeweiligen Sekundärwicklung LS2, LS3 zur Primärwicklung LP ein. Zur Regelung der Ausgangsspannungen U3, U2 sind in diesem Beispiel Längsregler R2 und R3 vorgesehen. Die Längsregler R2 und R3 ermöglichen auch eine Entkopplung der jeweiligen Ausgangsspannung von der Amplitude der Eingangsspannung UAC und von Schwankungen der ersten Ausgangsspannung U1. Da die Längsregler R2, R3 in Richtung von einer hohen zu einer niedrigen Spannung arbeiten, sind die Windenspannungen an LS3 und LS2 im Hinblick auf ausreichende Spannungsreserven deutlich höher vorzusehen als die Ausgangsspannungen U3 und U2. Dies führt zu erhöhten Leistungsverlusten in den Längsreglern R2, R3.
Die in der 2 dargestellte erfindungsgemäße Schaltregleranordnung weist eine primäre Schalteinrichtung SE und eine induktive Speichereinrichtung L auf, die zusammen mit einer Schaltreglerdiode DE in einer Abwärtsregler-Topologie angeordnet sind. Eine Schaltreglerkontrolleinrichtung IC steuert ein Speisen bzw. Laden der induktiven Speichereinrichtung L aus der am Eingang der Schaltregleranordnung anliegenden Eingangsspannung UE. Über zwei parallel geschaltete und jeweils einer Ausgangsspannung U1, U2 zugeordneten Ausgangspfade werden während eines Entladens der induktiven Speichereinrichtung L über Gleichrichterdioden V1, V2 Ladungsspeichereinrichtung C1, C2 geladen. Den Ladungsspeichereinrichtungen C1, C2 sind Ausgangsspannungen U1, U2 zugeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in jedem Ausgangspfad eine sekundäre Schalteinrichtung S1, S2 vorgesehen. Handelt es sich bei den Ausgangsspannungen U1, U2 um Spannungen unterschiedlichen Nennwerts, so könnte nach einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung die sekundäre Schalteinrichtung S1 oder S2 in dem Ausgangszweig entfallen, der der Ausgangsspannung mit höherem Nennwert zugeordnet ist.
Die Schaltreglerkontrolleinrichtung IC ist mit den Ausgangspfaden verbunden und in der Lage, die primäre Schalteinrichtung SE, sowie die sekundären Schalteinrichtungen S1 und S2 geeignet zu steuern. In der Schaltreglerkontrolleinrichtung IC werden Istwerte der Ausgangsspannungen U1, U2 laufend mit den ihnen zugeordneten Nennwerten verglichen. Für eine erste Teilperiode wird nun beispielsweise die erste sekundäre Schalteinrichtung S1 geschlossen. Lade- und Entladedauer der induktiven Speichereinrichtung L werden über die Ein- bzw. Ausschaltzeit der primären Schalteinrichtung SE hinsichtlich einer Regelung der Ausgangsspannung U1 gesteuert. Die erste sekundäre Schalteinrichtung S1 kann auch über mehrere Lade/Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung L geschlossen bleiben. Anschließend wird die sekundäre Schalteinrichtung S1 geöffnet und die sekundäre Schalteinrichtung S2 geschlossen. Die im obigen für die Ausgangsspannung U1 beschriebene Prozedur wiederholt sich für die Ausgangsspannung U2.
Über einen Widerstand RT in einem die induktive Speichereinrichtung L mit der Schaltreglerkontrolleinrichtung IC verbindenden Magnetisierungsmesspfad ist das Ende einer Magnetisierung der induktiven Speichereinrichtung L durch die Schaltreglerkontrolleinrichtung IC detektierbar. Werden die sekundären Schalteinrichtungen S1, S2 streng alternativ geschaltet, so könnte anstelle der beiden Gleichrichtereinrichtungen V1, V2 eine einzige Gleichrichterdiode V1 oder V2 im den beiden Ausgangspfaden gemeinsamen Pfad angeordnet werden. Die Anzahl der Ausgangspfade ist dabei nicht auf zwei beschränkt, sondern lässt sich im Rahmen der Lastbedingungen erweitern.
Die in der 3 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in der 2 dargestellten durch die Anordnung von primärer Schalteinrichtung SE und induktiver Speichereinrichtung L zu einer Aufwärtswandler-Topologie. Dabei ist erfindungsgemäß sowohl eine Konfiguration mit nur einer Diodeneinrichtung DE und zwei sekundären Schalteinrichtungen S1, S2 als auch eine Konfiguration mit zwei Gleichrichtereinrichtungen V1, V2 und nur einer sekundären Schalteinrichtung S1 oder S2 möglich.
In der 4 ist die Schaltregleranordnung als Eintaktwandler ausgebildet. Die induktive Speichereinrichtung wird durch einen Übertrager TR1 gebildet. In Serie zu einer Primärwicklung LP des Übertragers TR1 ist eine primäre Schalteinrichtung SE angeordnet. Eine Sekundärwicklung LS des Übertragers TR1 wird im einfachsten Fall mit dem einen Ende mit dem Bezugspotential der Sekundärseite des Eintakt-Sperrwandlers verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung wird, wie in den beiden vorangegangenen Beispielen, auf die Ausgangspfade der Schaltregleranordnung geführt. Eine Schaltregleranordnung, wie sie in der 4 gezeigt ist, setzt voraus, dass alle sekundären Schalteinrichtungen S1, S2 streng abwechselnd geschlossen werden. Die Schaltreglerkontrolleinrichtung IC kann sowohl sekundärseitig als auch primärseitig angeordnet werden. Eine Anordnung auf der Sekundärseite ist deswegen vorteilhaft, weil lediglich ein Steuersignal für die primäre Schalteinrichtung SE auf die Primärseite geführt werden muss.
Die in der 5 dargestellte Schaltregleranordnung unterscheidet sich von der Schaltregleranordnung der 4 dadurch, dass in jedem Ausgangspfad eine Gleichrichtereinrichtung V1, V2 vorgesehen ist. In dem Ausgangspfad, der der Ausgangsspannung mit dem jeweils höchsten Nennwert zugeordnet ist, kann dann auf die sekundäre Schalteinrichtung verzichtet werden. Im dargestellten Beispiel ist der Nennwert der Ausgangsspannung U1 größer als der der Ausgangsspannung U2. Für eine der Ausgangsspannung U2 zugeordneten Teilperiode ergibt sich eine Windenspannung an der Sekundärwicklung LS des Übertragers TR1, die niedriger ist als die Ausgangsspannung U1. Die Gleichrichtereinrichtung V1 sperrt. Damit ist eine Rückwirkung der Ausgangsspannung U1 auf die Ausgangsspannungen U2,... mit niedrigerem Nennwert auch ohne einem Öffnen einer sekundären Schalteinrichtung im der Ausgangsspannung U1 zugeordneten Ausgangspfad blockiert.
In der 6 ist eine erfindungsgemäße Schaltregleranordnung als Gegentaktwandler ausgebildet. Bei einem Gegentaktwandler wird der Übertrager TR1 im Gegensatz zum Übertrager in einem Eintaktwandler symmetrisch betrieben. Der Übertrager TR1 arbeitet im Wesentlichen gleichstromfrei und kann kompakter vorgesehen werden. Da für einen gleichstromfreien Betrieb des Übertragers TR1 gleiche Einschaltzeiten der primären Schalteinrichtungen SE1, SE2 Voraussetzung ist, erhöht sich der Aufwand für eine Ansteuerung der beiden primären Schalteinrichtungen SE1, SE2.
Die 7 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltregleranordnung, die funktional der in der 1 dargestellten herkömmlichen Schaltregleranordnung entspricht und prinzipiell aus der in der 5 dargestellten Schaltregleranordnung abgeleitet ist.
Die Ausgangsspannungen U1, U3 und U4 werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt. Die Ausgangsspannung U2 ist eine unkritische Ausgangsspannung mit breit spezifizierter Toleranz. Sie ist über das Windungsverhältnis an die Ausgangsspannung U1 geknüpft und wird lediglich mitgeregelt. Dagegen werden die Ausgangsspannungen U3 und U4 erfindungsgemäß unabhängig geregelt, wobei sich die in der 1 dargestellten Längsregler R2, R3 erübrigen.
Aus den in der 8 dargestellten Zeitverlauf einer Drainspannung UD einer einen Feldeffekttransistor aufweisenden primären Schalteinrichtung SE mit Bezug auf die den jeweiligen geregelten Ausgangsspannungen U1, U3, U4 zugeordneten Teilperioden TP1, TP3, TP4 wird deutlich, dass die Verlustschaltleistung des Feldeffekttransistors in der erfindungsgemäßen Schaltregleranordnung deutlich geringer ist als in herkömmlichen Schaltregleranordnungen. Die Verlustschaltleistung ist proportional der Drainspannung UD, die im Moment des Schaltens über die Source-Drainstrecke des Feldeffekttransistors abfällt. Die Drainspannung UD ergibt sich aus dem Spitzenwert der Eingangswechselspannung UAC und der tatsächlichen Windenspannung der Primärwicklung LP. Die Windenspannung der Primärwicklung LP in herkömmlichen Schaltregleranordnungen ergibt sich immer aus dem Übertragungsverhältnis und der höchsten Ausgangsspannung U1 der Schaltregleranordnung. Dagegen ergibt sich die Windenspannung der Primärwicklung LP erfindungsgemäß jeweils aus der gerade geregelten Ausgangsspannung U1, U3, U4. Sind die Nennwerte der Ausgangsspannungen U3, U4 deutlich geringer als die der höchsten Ausgangsspannung U1, so ergeben sich in der primären Schalteinrichtung SE eine deutlich geringere Verlustschaltleistung und eine langsamere Degradation des Feldeffekttransistors. Weiter sind der 8 die Zeitverläufe für den Primärstrom Ipri, den Sekundärstrom Isek und die Windenspannung ULS1 in der ersten Sekundärwicklung LS1 zu entnehmen.

U1, U2, ..: Ausgangsspannung
UAC: Eingangswechselspannung
UE: Eingangsspannung
FS: Filterschaltung
BR: Brückengleichrichter
CL: eingangsseitige Ladungsspeichereinrichtung
TR1: Übertrager
TR2: Übertrager
L: induktive Speichereinrichtung
LP: Primärwicklung
LS: Sekundärwicklung
LS1: erste Sekundärwicklung
LS2: zweite Sekundärwicklung
SE, SE1, SE2: primäre Schalteinrichtung
V1, V2, ..: ausgangsseitige Gleichrichtereinrichtung
C1, C2, ..: ausgangsseitige Ladungsspeichereinrichtung
R2, R3: Längsregler
S1, S2, ..: ausgangsseitige Schalteinrichtung
IC: Schaltreglerkontrolleinrichtung
M1, M2, ..: Messpfade
KE: Komparatoreinheit
Z: Periodenzählereinheit
MA: Magnetisierungsmesspfad
RE: Regelverstärker/Modulatoreinheit
ME: Multiplexereinheit
AE: Ansteuereinheit
LE: Ablaufsteuereinheit
DE, DE1, DE2: Schaltreglerdiode
RT: Widerstand
AT: Treibereinheit

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Mehrzahl geregelter Ausgangsspannungen (U1, U2,..) aus einer Eingangsspannung (UE), bei dem – mittels einer primären Schalteinrichtung (SE) Lade- und Entladezyklen einer induktiven Speichereinrichtung (LE) gesteuert sowie – während der Ladezyklen die induktive Speichereinrichtung (L) aus der Eingangsspannung (UE), während der Entladezyklen aus der induktiven Speichereinrichtung (L) ausgangsseitige Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) und aus den Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) den Ausgangsspannungen (U1, U2,..) zugeordnete Lastströme (I1, I2,..) gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) jeweils abwechselnd aus der induktiven Speichereinrichtung (L) gespeist werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) jeweils abwechselnd mit der induktiven Speichereinrichtung (L) verbunden und die jeweils mit der induktiven Speichereinrichtung (L) verbundene Ladungsträgerspeichereinrichtung (C1, C2,..) aus der induktiven Speichereinrichtung (L) gespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Schalteinrichtung (SE) mittels einer Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen einer der Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) und der induktiven Speichereinrichtung (L) eine steuerbare sekundäre Schalteinrichtung (S1, S2,...) vorgesehen wird und die Zuordnung der Entladezyklen zu den Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) durch geeignetes Schließen und Öffnen der sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,...) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen zwei der Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) und der Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) jeweils Messpfade (M1, M2,..) vorgesehen werden, über die Messpfade (M1, M2,..) Istwerte der jeweils zugeordneten Ausgangsspannungen (U1, U2,..) erfasst und die Steuerung der Lade- und Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung (L) in Abhängigkeit eines Vergleichs der Istwerte mit jeweils korrespondierenden Nennwerten der Ausgangsspannungen (U1, U2, ..) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Dauer jeweils eines vollständigen Lade/Entladezyklus der induktiven Speichereinrichtung (L) jeweils eine der Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) mit der induktiven Speichereinrichtung (L) verbunden, ein erforderliches Verhältnis einer Ladezeit zu eine Entladezeit durch die Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) ermittelt und eine zur Ladezeit korrespondierende Einschaltzeit und eine zur Entladezeit korrespondierende Ausschaltzeit der primären Schalteinrichtung (SE) entsprechend gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen den Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) und der induktiven Speichereinrichtung (L) Gleichrichtereinrichtungen (V1, V2,..) vorgesehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung jeweils einer der Lade/Entladezyklen der induktiven Speichereinrichtung (L) zu einer der Ausgangsspannungen (U1, U2,..) mit jeweils einer einem Richtnennwert zugeordneten Ladungsspeichereinrichtung (C1, C2,..) durch Öffnen aller sekundären Schalteinrichtungen (S2, S3,..) erfolgt, deren korrespondierende Ausgangsspannungen (U1, U2, ..) jeweils einem Nennwert größer dem Richtnennwert zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..) jeweils zwischen der induktiven Speichereinrichtung (L) und jeder der Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) vorgesehen werden, deren jeweils zugeordnete Ausgangsspannung (U1, U2,..) einen Nennwert kleiner einem maximalen Richtnennwert aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder der Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2, ..) und der induktiven Speichereinrichtung (L) jeweils eine sekundäre Schalteinrichtung (S1, S2,..) vorgesehen und zu jedem Zeitpunkt maximal eine der sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2) im geschlossen Zustand betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als induktive Speichereinrichtung (L) eine Spule vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine mindestens die Spule (L) und die primäre Schalteinrichtung (SE) umfassende Schaltregleranordnung als Abwärtswandleranordnung, Aufwärtswandleranordnung oder invertierende Wandleranordnung ausgebildet und betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Speichereinrichtung als Übertrager (TR1) vorgesehen, während eines Ladezyklus der induktiven Speichereinrichtung der Übertrager (TR1) über eine Primärwicklung (LP) gespeist und während des Entladezyklus über mindestens eine Sekundärwicklung (LS1, LS2,..) des Übertragers (TR1) entladen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine mindestens aus dem Übertrager (TR1) und der primären Schalteinrichtung (SE) gebildete Schaltregleranordnung als Eintakt- oder Gegentaktwandler ausgebildet und betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltregleranordnung festfrequent betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende einer Magnetisierung der induktiven Speichereinrichtung (SE) erkannt und der Lade-/Entladezyklus der induktiven Speichereinrichtung in Abhängigkeit des Endes der Magnetisierung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zu regelnden Ausgangsspannungen (U1, U2,..) laufend überwacht und eine Reihenfolge von den Ausgangsspannungen (U1, U2,..) zugeordneten und aus jeweils einem Lade- und einem Entladezyklus gebildeten Teilperioden dem Ergebnis der Überwachung hinsichtlich einer schnellen Ausregelung von Abweichungen der überwachten Ausgangsspannungen (U1, U2,..) von jeweils zugeordneten Nennwerten angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der den Ausgangsspannungen (U1, U2,..) zugeordneten Teilperioden geänderten Lastbedingungen an der oder den überwachten Ausgangsspannungen (U1, U2,..) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der den Ausgangsspannungen (U1, U2,..) zugeordneten Teilperioden einer vorgegebenen internen Priorisierung der Ausgangsspannungen (U1, U2,..) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lastströme (I1, I2,..) durch eine Änderung der Reihenfolge der Teilperioden begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Teilbetriebs einer mittels der Ausgangsspannungen (U1, U2,..) betriebenen elektrischen Vorrichtung mindestens eine einer für den Teilbetrieb der elektrischen Vorrichtung nicht notwendigen Ausgangsspannung (U1, U2,..) zugeordnete Teilperiode übersprungen wird.
Schaltregleranordnung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Ausgangsspannungen (U1, U2,..) aus einer Eingangsspannung (UE), umfassend: – eine induktive Speichereinrichtung (L), – eine im geschlossenen Zustand ein Speisen der induktiven Speichereinrichtung (L) aus der Eingangsspannung (UE) und im geöffneten Zustand ein Entladen der induktive Speichereinrichtung (L) steuernde primäre Schalteinrichtung (SE) und – eine Mehrzahl von durch die induktive Speichereinrichtung (L) gespeisten und jeweils einer der Ausgangsspannungen (U1, U2,..) zugeordneten ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..), gekennzeichnet durch mindestens eine jeweils zwischen einer der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) und der induktiven Speichereinrichtung (L) angeordnete und die ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) abwechselnd mit der induktiven Speichereinrichtung (L) verbindende sekundäre Schalteinrichtung (S1, S2).
Schaltregleranordnung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine mit der primären Schalteinrichtung (SE) und den sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..) verbundene und die primäre (SE) und die sekundären (S1, S2,..) Schalteinrichtungen steuernde Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC).
Schaltregleranordnung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch mindestens einen jeweils eine der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) mit der Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) verbindenden und eine der jeweils zugeordneten Ausgangsspannung (U1, U2,..) proportionale Messgröße an die Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) vermittelnden Messpfad (M1, M2,..).
Schaltregleranordnung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch mindestens eine jeweils einem der Messpfade (M1, M2,..) zugeordnete und die über den Messpfad (M1, M2,..) vermittelte Messgröße mit einem jeweils zugeordneten Nennwert vergleichende Komparatoreinheit (KE).
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, gekennzeichnet durch eine oder mehrere jeweils zwischen einer der sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..) und der induktiven Speichereinrichtung (L) angeordnete und ein Entladen der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) über die induktive Speichereinrichtung (L) blockierende Gleichrichtereinrichtungen (V1, V2,..).
Schaltregleranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass abgesehen von der einer Ausgangsspannung (U1, U2,..) mit maximalem Nennwert zugeordneten ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtung (C1) jeder weiteren Ladungsspeichereinrichtung (C2, C3,..) eine der sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..) zugeordnet ist.
Schaltregleranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) eine der sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2, ..) zugeordnet ist.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Speichereinrichtung als Spule (L) ausgebildet ist.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (L) und die primäre Schalteinrichtung (SE) zu einer Abwärtswandler-, einer Aufwärtswandler- oder einer invertierenden Wandlerkonfiguration angeordnet sind.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Speichereinrichtung als ein über eine Primärwicklung (LP) zu speisender und über mindestens eine Sekundärwicklung (LS1, LS2,..) zu entladender Übertrager (TR1) ausgebildet ist.
Schaltregleranordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager (TR) und die primäre Schalteinrichtung (SE) zu einer Eintakt- oder Gegentaktwandlerkonfiguration angeordnet sind.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) eine die Lade/Entladezyklen synchronisierende Periodenzählereinheit (Z) aufweist.
Schaltregleranordnung nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch einen die induktive Speichereinrichtung (L) mit der Periodenzählereinheit (Z) verbindenden und die Periodenzählereinheit (Z) in Abhängigkeit eines Magnetisierungszustands der induktiven Speichereinrichtung (L) steuernden Magnetisierungsmesspfad (MA).
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) eine von der Periodenzählereinheit (Z) gesteuerte und abwechselnd jeweils einen der Ausgänge der Komparatoreinheiten (KE) mit den Eingang einer Regelverstärker/Modulatoreinheit (RE) verbindende Multiplexereinheit (ME) aufweist.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) eine mittels der Periodenzählereinheit (Z) gesteuerte und die sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..) steuernde Ansteuereinheit (AE) aufweist.
Schaltregleranordnung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) eine die Ansteuereinheit (AE) und die Multiplexereinheit (ME) in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der Periodenzählereinheit (Z) und einer inneren Programmierung steuernde Ablaufsteuereinheit (LE) aufweist.
Schaltregleranordnung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Programmierung der Ablaufsteuereinheit (LE) durch Programmiereingänge der Ablaufsteuereinheit (LE) beeinflussbar ist.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Regelverstärker/Modulatoreinheit (RE) zur Umsetzung von Ausgangssignalen der Komparatoreinheiten (KE) in ein Steuersignal zur Steuerung der primären Schalteinrichtung (SE), die Multiplexereinheit (ME), die Ansteuereinheit (AE), die Ablaufsteuereinheit (LE), die Periodenzählereinheit (Z) und eine Teilmenge der Komparatoreinheiten (KE) in einem Bauteilgehäuse integriert sind.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsverbindung zwischen der Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) und mindestens einer der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) zur Übertragung der zum Betrieb der Schaltreglerkontrolleinrichtung (IC) benötigten elektrischen Leistung aus mindestens einer der jeweils einer der ausgangsseitigen Ladungsspeichereinrichtungen (C1, C2,..) zugeordneten Ausgangsspannungen (U1, U2,..) vorgesehen ist.
Schaltregleranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Schalteinrichtung (SE) eine interne Steuerungseinheit für einen durch den Betriebsstart der Schaltreglereinrichtung (IC) abgeschlossenen Startbetrieb der Schaltregleranordnung aufweist.
Schaltreglerkontrollbaustein, umfassend – eine eine Frequenz und/oder eine Impulsbreite eines Steuersignals in Abhängigkeit eines Messsignals steuernde Regelverstärker/Modulatoreinheit (RE) und – eine das Steuersignal konditionierende Treibereinheit (AT), gekennzeichnet durch – eine dem Eingang der Regelverstärker/Modulatoreinheit (RE) abwechselnd einen aus einer Mehrzahl von Ausgängen von die Messsignale erfassenden Komparatoreinheiten (KE) zuordnende Multiplexereinheit (ME), – eine Ansteuereinheit (AE) zur Steuerung von sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..), – eine Periodenzählereinheit (Z) und – eine von der Periodenzählereinheit (Z) gesteuerte und die Multiplexereinheit (ME) sowie die Ansteuereinheit (AE) in einer Weise steuernde Ablaufsteuereinheit (LE), die eine Regelung mehrerer mittels durch die Komparatoreinheiten (KE) erfassbaren Ausgangsspannungen (U1, U2,..) einer Schaltregleranordnung mittels einer durch das Steuersignal steuerbaren primären Schalteinrichtung (SE) und den sekundären Schalteinrichtungen (S1, S2,..) der Schaltregleranordnung ermöglicht.
Schaltreglerkontrollbaustein nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenzählereinheit (Z) über einen Magnetisierungsmesspfad (MA) steuerbar ist.
Schaltreglerkontrollbaustein nach einem der Ansprüche 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, die Ablaufsteuereinheit (LE) über Eingänge des Schaltreglerkontrollbausteins programmierbar ist.