DE10355670A1

DE10355670A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung und Ansteuerschaltung

Info

Publication number: DE10355670A1
Application number: DE10355670A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: US20050146908A1; US7031173B2; DE10355670B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung, das folgende Verfahrensschritte umfasst: DOLLAR A - Erzeugen eines Einschaltpegels eines Ansteuersignals des Schalters für eine von dem Regelsignal abhängige Einschaltdauer und eines Ausschaltpegels des Ansteuersignals nach Ablauf der Einschaltzeit, DOLLAR A - Detektieren eines vorgegebenen Speicherzustands des induktiven Energiespeicherelements nach Ablauf der Einschaltdauer, DOLLAR A - Abwarten einer Wartedauer, die wenigstens annäherungsweise proportional ist zu der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Einschaltpegels und der Detektion des vorgegebenen Speicherzustands, vor einem erneuten Erzeugen eines Einschaltpegels, wobei die Wartedauer abhängig von dem Regelsignal ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft außerdem eine Ansteuerschaltung zur Bereitstellung eines Ansteuersignals nach dem Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements regelnden Schalters in einem als Leistungsfaktorkorrekturschaltung (Power Factor Controller, PFC) eingesetzten, insbesondere als Hochsetzsteller ausgebildeten, Schaltwandler.

Ein derartiger als PFC eingesetzter Schaltwandler ist hinlänglich bekannt und beispielsweise in der DE 100 40 411 A1 beschrieben.

Zum besseren Verständnis des der Erfindung zugrunde liegenden Problems wird der grundsätzliche Aufbau eines solchen Schaltwandlers nachfolgend anhand von 1 erläutert.

Aufgabe eines als PFC eingesetzten Schaltwandlers ist es, aus einer Wechselspannung Un eine Gleichspannung Uout für einen Verbraucher zur Verfügung zu stellen, wobei die mittlere Stromaufnahme des PFC ab einer vorgegebenen Leistungsaufnahme wenigstens annäherungsweise proportional zum Verlauf der Eingangsspannung Un sein soll, um hauptsächlich Wirkleistung aufzunehmen.

Der in 1 dargestellte Schaltwandler umfasst Eingangsklemmen zum Anlegen einer Eingangsspannung Un, beispielsweise einer sinusförmigen Netzspannung, und einen den Eingangsklemmen nachgeschalteten Gleichrichter GL, der eine gleichgerichtete Spannung Uin aus der Eingangsspannung Un bereitstellt. Parallel zu Ausgangsklemmen des Gleichrichters liegt eine Reihenschaltung eines induktiven Energiespeicherelements L1, beispielsweise einer Speicherdrossel, und eines Schalters SW, der beispielsweise als Leistungstransistor ausgebildet ist.

Parallel zu dem Schalter SW, bzw. bei geöffnetem Schalter SW in Reihe zu dem induktiven Energiespeicherelement L1, liegt eine zweite Gleichrichteranordnung, die in dem Beispiel eine Diode D und einen Kondensator C sowie Ausgangsklemmen AK1, AK2 zum Bereitstellen der Ausgangsspannung Uout aufweist.

Bei diesem als Hochsetzsteller ausgebildeten Schaltwandler nimmt das induktive Energiespeicherelement L1 bei geschlossenem Schalter Energie auf und gibt diese bei anschließend geöffnetem Schalter an den Ausgangskondensator C bzw. die Ausgangsklemmen AK1, AK2 ab.

Um eine zu der Eingangsspannung Uin annäherungsweise proportionale mittlere Stromaufnahme Iin zu erreichen, ist es bekannt, den Schalter SW in aufeinander folgenden Ansteuerzyklen jeweils für gleiche Einschaltdauern ton einzuschalten und den Schalter nach dem Öffnen dann wieder einzuschalten, sobald das induktive Energiespeicherelement L1 energiefrei bzw. entmagnetisiert ist. Der zeitliche Verlauf des Eingangsstroms Iin, der qualitativ dem zeitlichen Verlauf der Magnetisierung B des Energiespeicherelements entspricht, ist für diese Betriebsweise in 2a dargestellt. 2b zeigt den zugehörigen zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals S20 des Schalters SW, das durch eine Ansteuerschaltung 20 aus einem Regelsignal S10 und einem Magnetisierungssignal S21 erzeugt wird. Das Magnetisierungssignal S21 wird beispielsweise durch eine mit der Speicherdrossel L1 induktiv gekoppelte Hilfswicklung bereitgestellt. Das die Leistungsaufnahme bestimmende Regelsignal S10 wird durch einen Regler 10 aus der Ausgangsspannung Uout erzeugt.

Für eine mittlere Stromaufnahme Im pro Ansteuerzyklus der Dauer T gilt bei dem anhand von 2 veranschaulichten Ansteuerverfahren: Im = Îin/2 (1) wobei Îin den Spitzenwert des Eingangsstromes Iin pro Ansteuerzyklus darstellt. Unter der Annahme, dass die Drossel L1 nicht im Sättigungsbereich betrieben wird, gilt: Îin = (Uin/L1)·ton (2)wobei Uin in (2) für den Momentanwert der gleichgerichteten Eingangsspannung Uin und L1 für den Induktivitätswert der Speicherdrossel steht. Unter Berücksichtigung von (1) und unter der Annahme, dass sich das Regelsignal S10 – und damit die Einschaltdauer ton – sowie die Eingangsspannung Uin langsam im Vergleich zur Dauer eines Ansteuerzyklus ändern, ist die mittlere Stromaufnahme Im pro Ansteuerzyklus proportional zum Momentanwert der Eingangsspannung Uin. Die mittlere Stromaufnahme Im verläuft damit entsprechend der Eingangsspannung Uin ebenfalls periodisch. Gleiches gilt für die momentane Leistungsaufnahme des Schaltwandlers.

Unter der Annahme, dass sich die Eingangsspannung Uin sehr langsam im Vergleich zur Dauer eines Ansteuerzyklus ändert, so dass die Eingangsspannung Uin wenigstens für einige aufeinanderfolgende Ansteuerzyklen als konstant angenommen werden kann, gilt für die Leistungsaufnahme während eines Ansteuerzyklus: Pin = Uin·Im = (Uin2/L1)·ton (3)

Die Ausschaltdauer toff, die der Entmagnetisierungsdauer entspricht, ist proportional zu der Einschaltdauer ton, wobei gilt. toff = ton·Uin/(Uout – Uin) (4)

Damit ist die Dauer T = ton + toff eines Ansteuerzyklus proportional zu der Einschaltdauer ton, und die momentane Leistungsaufnahme ist damit umgekehrt proportional zu der Schalt frequenz f = 1/T, wobei diese Schaltfrequenz betrachtet über eine Periode der Eingangsspannung Uin variiert.

Sinkt die Einschaltdauer ton ab, um, betrachtet über eine Periode der Eingangsspannung Uin, eine sinkende mittlere Leistungsaufnahme zu erreichen, so steigt die Schaltfrequenz insgesamt an. Bei kleinen Leistungsaufnahmen können dadurch sehr hohe Schaltfrequenzen auftreten, was wegen der dadurch steigenden Schaltverluste unerwünscht ist.

Ein ähnliches Problem, einer steigenden Schaltfrequenz bei sinkender Leistungsaufnahme gibt es bei freischwingend betriebenen Gleichspannungs-Schaltwandlern, sogenannten DC-DC-Wandlern. Eine Möglichkeit zur Begrenzung eines zu starken Anstiegs der Schaltfrequenz bei kleiner Leistungsaufnahme ist für solche DC-DC-Wandler in der DE 44 37 459 C1 , der DE 197 32 169 A1 oder der DE 199 39 389 A1 beschrieben. Hierbei werden nach einer Magnetisierung einer Primärspule eines Transformators durch Anlegen einer Eingangsspannung und einer anschließenden Entmagnetisierung der Primärspule eine oder mehrere sogenannte freie Trafoschwingungen zugelassen bevor die Primärspule erneut magnetisiert wird.

Bei den als PFC eingesetzten Hochsetztellern besitzt eine solche Schwingung nach einem Entmagnetisieren der Speicherdrossel eine sehr hohe Frequenz und klingt schnell ab, so dass diese Schwingung nicht ausreichend genau erfasst werden kann. Darüber hinaus würde eine von der Frequenz dieser Schwingung abhängige Wartezeit dazu führen, dass die geforderte Proportionalität zwischen Eingangsspannung und Stromaufnahme nicht mehr sicher gewährleistet wäre.

Aus der DE 100 40 411 A1 ist ein als PFC eingesetzter Schaltwandler bekannt, bei dem die Schaltfrequenz eines die Stromaufnahme einer Speicherdrossel regelnden Schalters mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators abhängig von einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung und dem Momentanwert der gleichgerichteten Eingangsspannung bereitgestellt wird. Die Schaltfrequenz folgt bei diesem Verfahren dem Verlauf der Eingangsspannung, was auch bei einem freischwingend betriebenen PFC der Fall ist, ist jedoch anders als bei einem freischwingend betriebenen PFC nicht von der Leistungsaufnahme abhängig. Bei diesem Verfahren stellen sich Pausen zwischen dem Entmagnetisieren einer Speicherdrossel und dem Wiedereinschalten eines in Reihe zur der Speicherdrossel geschalteten Schalters ein, die proportional zu der Einschaltdauer plus der Entmagnetisierungsdauer sind. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass zur Bereitstellung eines die Einschaltzeitpunkte vorgebenden Signals der Momentanwert der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung mittels Widerstandsteilern möglichst exakt erfasst werden muss, was aufwendig und damit kostenintensiv ist. Darüber hinaus können auch bei diesem Verfahren bei kleiner Leistungsaufnahme sehr kurze Einschaltdauern auftreten.

Ein Verfahren zur Ansteuerung eines PFC im Trapezstrom-Betrieb, bei dem eine Entmagnetisierung der Speicherdrossel vor einem Wiedereinschalten nicht abgewartet wird, ist in der US 5,146,398 beschrieben.

Die WO 01/82459 A1 beschreibt ein PFC bei dem bei Schwachlastbetrieb oder bei einer hohen Eingangsspannung nach einer Entmagnetisierung des in dem PFC vorhandenen induktiven Speicherelements vor einem erneuten Einschalten eines die Stromaufnahme des induktiven Energiespeicherelements regelnden Schalters eine Wartezeit abgewartet wird. Diese Wartezeit ist beispielsweise proportional zu der Summe aus Einschaltzeit und Entmagnetisierungszeit gewählt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ansteuerung eines die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements regelnden Schalters in einem Schaltwandler, insbesondere in einem als PFC eingesetzten Schaltwandler, zur Verfügung zu stellen, das bei sinkender Leistungsaufnahme einen Anstieg der Schaltfrequenz begrenzt und das darüber hinaus einfach und kostengünstig realisierbar ist. Ziel der Erfindung ist es außerdem, eine ein solches Verfahren realisie rende Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltwandler zur Verfügung zu stellen.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 und 13 und durch eine Ansteuerschaltung gemäß der Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Ansteuerschaltung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Bereitstellung eines Ansteuersignals für einen die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements regelnden Schalters in einem Schaltwandler, der eine Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung bereitstellt, der eine an das induktive Energiespeicherelement gekoppelte Gleichrichteranordnung mit Ausgangsklemmen zur Bereitstellung der Ausgangsspannung aufweist und in dem ein die Leistungsaufnahme regelndes Regelsignal zur Verfügung steht. Das Verfahren umfasst für einen Ansteuerzyklus des Schalters jeweils folgende Verfahrensschritte:

– Erzeugen eines Einschaltpegels des Ansteuersignals zum Schließen des Schalters für eine von dem Regelsignal abhängige Einschaltdauer und eines Ausschaltpegels des Ansteuersignals zum Öffnen des Schalters nach Ablauf der Einschaltzeit,
– Detektieren eines vorgegebenen Speicherzustands des induktiven Energiespeicherelements nach Ablauf der Einschaltdauer,
– Abwarten einer Wartedauer, die wenigstens annäherungsweise proportional ist zu der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Einschaltpegels und der Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes, vor einem erneuten Erzeugen eines Einschaltpegels, wobei die Wartedauer abhängig von dem Regelsignal ist.

Das induktive Energiespeicherelement ist beispielsweise eine Speicherdrossel und der detektierte Speicherzustand entspricht beispielsweise dem Zustand, bei dem diese Drossel nach Ablauf der Einschaltzeit zum ersten Mal vollständig energiefrei, also entmagnetisiert ist. Hiervon wird für die nachfolgende Erläuterung ausgegangen, ohne die Erfindung darauf zu beschränken. Die Zeitdauer, die zwischen dem Ende der Einschaltdauer und der ersten vollständigen Entmagnetisierung vergeht, wird dabei als Entmagnetisierungsdauer bezeichnet.

Die Einschaltdauer ist vorzugsweise exponentiell von dem Regelsignal abhängig. Hierdurch kann für unterschiedliche Effektivwerte der Eingangsspannung ein gleiches Regelverhalten bezüglich der Leistungsaufnahme erreicht werden, was beispielsweise in der EP 0 886 200 B2 erläutert ist.

Durch die Proportionalität zwischen der Wartezeit und der Summe aus Einschaltdauer und Entmagnetisierungsdauer ist bei diesem Verfahren die für Power Factor Controller (PFC) geforderte Proportionalität zwischen der Eingangsspannung und der mittleren Stromaufnahme pro Ansteuerzyklus gewährleistet.

Durch Auswahl dieses Proportionalitätsfaktors abhängig von dem Regelsignal besteht dabei insbesondere die Möglichkeit, bei kleiner Leistungsaufnahme, bzw. bei einem auf eine kleine Leistungsaufnahme hinweisenden Regelsignal, die Wartedauern groß im Vergleich zur Summe aus Einschaltdauer und Entmagnetisierungsdauer zu wählen. Dadurch sinkt die Schaltfrequenz und die Einschaltdauer pro Einschaltvorgang muss erhöht werden, um eine geforderte Leistungsaufnahme zu erreichen. Sehr kurze, und damit stark verlustleistungsbehaftete Einschaltdauern können dadurch vermieden werden.

Vorzugsweise ist der Proportionalitätsfaktor zwischen der Wartedauer und der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Einschaltpegels und der Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes, also der Summe aus Einschaltdauer und Entmagnetisierungsdauer, für einen vorgegebenen Wertebereich des Regelsignals konstant. Ein möglicher Wertebereich des Regelsignals wird hierzu vorzugsweise in wenigstens zwei Teilwertebereiche unterteilt wird, denen jeweils unterschiedliche Proportionalitätsfaktoren zugeordnet sind.

Beim Übergang von einem Proportionalitätsfaktor zu einem anderen Proportionalitätsfaktor zwischen zwei der Teilwertebereiche des Regelsignals wird vorzugsweise eine Hysterese berücksichtigt, um bei geringen Schwankungen des Regelsignals um einen in einem solchen Übergangsbereich liegenden Wert ein ständiges Wechseln zwischen zwei Proportionalitätsfaktoren zu vermeiden.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Proportionalitätsfaktor kontinuierlich dem Regelsignal anzupassen, indem beispielsweise der Proportionalitätsfaktor linear abhängig von dem Regelsignal gewählt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Wartedauer zwischen einem Detektieren des vorgegebenen Speicherzustandes und einem erneuten Erzeugen des Einschaltpegels erst dann eingefügt wird, wenn das Regelsignal eine vorgegebene erste Schwelle erreicht hat, die auf ein Absinken der Leistungsaufnahme unter einen vorgegebenen ersten Wert hinweist. Für Leistungsaufnahmen oberhalb dieses vorgegebenen ersten Wertes wird der Schalter beispielsweise durch das eingangs erläuterte bekannte Verfahren angesteuert, bei dem der Schalter jeweils für eine von dem Regelsignal abhängige Einschaltdauer geschlossen bleibt und nach dem Öffnen des Schalters dann erneut geschlossen wird, wenn die in Reihe zu dem Schalter geschaltete Speicherdrossel zum ersten Mal vollständig entmagnetisiert ist.

Bei Betrieb des Schaltwandlers am anderen Ende der Leistungsskala, also bei kleinen Leistungsaufnahmen, die unterhalb eines vorgegebenen zweiten Wertes liegen, ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, die Einschaltdauer unabhängig vom Regelsignal konstant zu lassen und die Leistungsaufnahme über die zu der Summe aus Einschaltdauer und Entmagnetisierungsdauer proportionale Wartezeit zu regeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung eines Ansteuersignals für den Schalter in dem Schaltwandler ist vollständig als digitales Verfahren realisierbar. Die von dem Regelsignal abhängigen Einschaltdauern und die ebenfalls von dem Regelsignal abhängigen Proportionalitätsfaktoren können dabei durch digitale Berechnungseinheiten oder Nachschlagetabellen zur Verfügung gestellt werden. Als Zeitreferenzglied für die Einschaltdauer und für die Ermittlung der Summe aus Einschaltdauer und Entmagnetisierungsdauer dient hierbei ein Taktgenerator.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durch analoge Schaltungsmittel oder in Mischtechnologie mit digitalen und analogen Schaltungsmitteln realisiert werden. So ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, zur Bereitstellung eines Wartedauern aufweisenden Ansteuersignals einen Ladezustand eines kapazitiven Speicherelements auszuwerten. Bei diesem Verfahren wird ein Einschaltpegel des Ansteuersignals erzeugt und das kapazitive Speicherelement mit einem von dem Regelsignal abhängigen Ladestrom geladen, wenn eine Spannung über dem Speicherelement einen vorgegebenen ersten Referenzwert erreicht. Ein Ausschaltpegel des Ansteuersignals wird erzeugt, wenn die Spannung über dem Speicherelement einen vorgegebenen zweiten Referenzwert erreicht, wobei das kapazitive Speicherelement nach Erreichen dieses zweiten Referenzwertes weiter geladen wird. Ein Entladen des Speicherelements mit einem von dem Regelsignal abhängigen Entladestrom beginnt, wenn der vorgegebene Magnetisierungszustand des induktiven Energiespeicherelements detektiert wird. Ein erneutes Erzeugen des Einschaltpegels erfolgt bei diesem Verfahren, wenn die Spannung über dem kapazitiven Speicherelement wieder auf den ersten Referenzwert abgesunken ist.

Der erste und der zweite Referenzwert sind bei diesem Verfahren vorzugsweise fest vorgegeben.

Bei diesem Verfahren entspricht die Zeitdauer, für welche das kapazitive Speicherelement aufgeladen wird, der Summe aus Einschaltdauer des Schalters und Entmagnetisierungsdauer der Speicherdrossel. Die Wartezeit entspricht der Entladedauer des kapazitiven Speicherelements. Der Proportionalitätsfaktor zwischen der Wartedauer und der Summe aus Einschaltdauer plus Entmagnetisierungsdauer entspricht dabei dem Verhältnis zwischen dem Entladestrom und dem Ladestrom, die jeweils von dem Regelsignal abhängig sind.

Eine ein solches Verfahren realisierende Ansteuerschaltung zur Erzeugung eines Ansteuersignals für einen die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements regelnden Schalters in einem Schaltwandler umfasst einen ersten Eingang zur Zuführung eines eine Leistungsaufnahme regelnden Regelsignals und einen zweiten Eingang zur Zuführung eines einen Speicherzustand des induktiven Energiespeicherelements anzeigenden ersten Speicherzustandssignals sowie einen Ausgang zur Bereitstellung des Ansteuersignals. Die Ansteuerschaltung umfasst außerdem ein kapazitives Energiespeicherelement, eine an das kapazitive Energiespeicherelement angeschlossene Ladeschaltung, die einen von dem Regelsignal abhängigen Ladestrom bereitstellt, und eine an das kapazitive Energiespeicherelement angeschlossene Entladeschaltung, die einen von dem Regelsignal abhängigen Entladestrom bereitstellt. An das Energiespeicherelement ist dabei eine erste Vergleicheranordnung angeschlossen, die eine Spannung über dem Energiespeicherelement mit einem ersten Referenzwert vergleicht, und an das Energiespeicherelement ist eine zweite Vergleicheranordnung angeschlossen, die die Spannung über dem Energiespeicherelement mit einem zweiten Referenzwert vergleicht. Außerdem umfasst die Ansteuerschaltung eine Signalerzeugungsschaltung, die abhängig von einem Ausgangssignal der ersten Vergleicheranordnung den Einschaltpegel des Ansteuersignals erzeugt und die abhängig von einem Ausgangssignal der zweiten Vergleicheranordnung den Ausschaltpegel des Ansteuersignals erzeugt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen als Hochsetzsteller ausgebildeten, als Power Factor Controller (PFC) eingesetzten Schaltwandler, der eine Speicherdrossel sowie einen die Stromaufnahme der Speicherdrossel regelnden Schalter und eine Gleichrichteranordnung aufweist.
2 zeigt den Verlauf eines Stromes durch die Speicherdrossel und eines Ansteuersignals des Schalters bei einem bekannten Ansteuerverfahren nach dem Stand der Technik
3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Stromes durch die Speicherdrossel und des Ansteuersignals des Schalters bei dem erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren.
4 veranschaulicht die Einschaltdauer des Schalters sowie den Proportionalitätsfaktor zwischen Wartedauer und der Summe aus Einschaltdauer und Entmagnetisierungsdauer abhängig von einem die Leistungsaufnahme bestimmenden Regelsignal.
5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer digital realisierten Ansteuerschaltung zur Bereitstellung des Ansteuersignals für den Schalter.
6 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung zur Bereitstellung eines Ansteuersignals für den Schalter in dem Schaltwandler, die in einem ersten Betriebszustand Ansteuersignale mit "Wartedauern" und in einem zweiten Betriebszustand Ansteuersignale ohne "Wartedauern" erzeugt.
7 zeigt den zeitlichen Verlauf einzelner in der Ansteuerschaltung gemäß 6 auftretender Signale im ersten Betriebszustand der Ansteuerschaltung.
8 zeigt den zeitlichen Verlauf einzelner in der Ansteuerschaltung nach 6 vorkommender Signale für den zweiten Betriebszustand der Ansteuerschaltung.
9 zeigt den Verlauf einiger in der Schaltung nach 6 vorkommender Parameter in Abhängigkeit von dem Regelsignal.
10 zeigt den Verlauf der Leistungsaufnahme eines Schaltwandlers mit einer Ansteuerschaltung nach 6 abhängig von dem Regelsignal.
11 zeigt den Verlauf der Einschaltdauer und des Proportionalitätsfaktors abhängig von dem Regelsignal.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Signale mit gleicher Bedeutung.
Die nachfolgende Erläuterung des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens für einen Schalter SW, der die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements, insbesondere einer Speicherdrossel, in einem Schaltwandler regelt, geht aus von dem in 1 dargestellten, als Hochsetzsteller ausgebildeten Schaltwandler. Dieser Schaltwandler weist Schaltungsknoten K1, K2 auf, zwischen denen eine gleichgerichtete Wechselspannung Uin anliegt, die mittels einer Wandlereinheit in eine Ausgangsspannung Uout an Ausgangsklemmen AK1, AK2 umgesetzt wird.
Die Wandlereinheit umfasst ein als Speicherdrossel L1 ausgebildetes induktives Energiespeicherelement, das in Reihe zu dem Schalter SW zwischen die Schaltungsknoten K1, K2 geschaltet ist. Parallel zu dem Schalter SW, bzw. bei geöffnetem Schalter SW in Reihe zu der Speicherdrossel S1 liegt eine Gleichrichteranordnung mit einer Diode D und einem Kondensator C, wobei die Ausgangsspannung Uout über dem Kondensator C abgreifbar ist. Zur Ansteuerung des Schalters SW ist eine Ansteuereinheit 20 vorgesehen, die ein Ansteuersignal S20 ab hängig von einem Regelsignal S10 und einem einen Magnetisierungszustand der Speicherdrossel L1 anzeigenden Signals S21 erzeugt. Das Magnetisierungszustandssignal S21 wird dabei durch eine Hilfswicklung L2 erzeugt, die induktiv mit der Speicherdrossel L1 gekoppelt ist.
Das Regelsignal S10, das die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers bestimmt wird durch einen Regler 10 abhängig von der Ausgangsspannung Uout in hinlänglich bekannter Weise bereitgestellt, indem ein von der Ausgangsspannung Uout abhängiges Signal mit einem Referenzwert Vref verglichen wird, wobei ein hieraus resultierendes Differenzsignal einem das Regelsignal S10 bereitstellenden Regelverstärker zugeführt wird. Dieser Regelverstärker besitzt beispielsweise ein integrierendes Verhalten (I-Regler) oder ein Proportional-Integral-Verhalten (PI-Regler). Die Regelzeitkonstante des Regelverstärkers ist dabei so groß gewählt, dass der periodische Verlauf der Eingangsspannung Uin und damit der bereits erläuterte periodische Verlauf der Leistungsaufnahme keine oder nur eine unwesentliche Welligkeit des Regelsignals S10 bewirkt.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals S20 für den Schalter SW und den daraus resultierenden zeitlichen Verlauf des die Speicherdrossel L1 durchfließenden Stromes Iin bzw. den mit diesem Stromverlauf qualitativ übereinstimmenden zeitlichen Verlauf der Magnetisierung B der Speicherdrossel L1.
Bezug nehmend auf 3b wird der Schalter SW durch das Ansteuersignal S20 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zyklisch angesteuert, wobei für jeden Ansteuerzyklus vorgesehen ist, für eine Einschaltdauer ton einen Einschaltpegel des Ansteuersignals S20 zu erzeugen, der in dem Beispiel gemäß 3b einem High-Pegel dieses Ansteuersignals S20 entspricht, um den Schalter SW einzuschalten. Während dieser Einschaltdauer ton steigt der Eingangsstrom Iin linear an, wobei die Steigung dieses Stromverlaufes in bereits erläuterter Weise pro portional ist zu dem Quotienten aus dem Momentanwert der Eingangsspannung Uin und dem Induktivitätswert der Speicherdrossel L1. Nach Ablauf der Einschaltdauer ton nimmt das Ansteuersignal S20 einen Ausschaltpegel an, der in dem dargestellten Beispiel einem Low-Pegel des Ansteuersignals S20 entspricht, um den Schalter SW auszuschalten. Während einer nachfolgend als Entmagnetisierungsdauer td bezeichneten Zeitdauer gibt die Speicherdrossel L1 die während der Einschaltdauer ton gespeicherte Energie über die Diode D an den Ausgangskondensator C bzw. die Ausgangsklemmen AK1, AK2 ab, wobei während dieser Zeitdauer der Strom Iin linear abnimmt. Für die Steigung dIin/dt der Stromflanke während der Entmagnetisierungsdauer td gilt dabei: dIn/dt = (Uout – Uin)/L1 (5)
Das Ende dieser Entmagnetisierungsdauer td ist dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdrossel L1 vollständig energiefrei bzw. entmagnetisiert ist. Erfindungsgemäß schließt sich an diese Entmagnetisierungsdauer td eine Wartezeit tw vor dem erneuten Erzeugen eines Einschaltpegels an, wobei diese Wartezeit tw proportional ist zu der Summe aus der Einschaltzeit ton und der Entmagnetisierungsdauer td es gilt also: tw = p·(ton + td) = p·ts (6),wobei ts = ton + td im folgenden eine Speicherdauer, also die Dauer, während der Energie in der Speicherdrossel L1 gespeichert ist, bezeichnet. Der Proportionalitätsfaktor p zwischen der Speicherdauer ts und der Wartedauer tw ist eine Funktion des Regelsignal, es gilt also: p = f(S10) (7).
Bei Ansteuerung des Schalters SW gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. gilt die geforderte Proportionalität zwischen der auf einen Ansteuerzyklus bezogenen Stromaufnahme und dem Momentanwert der Eingangsspannung Uin, wobei davon ausgegangen wird, dass die Dauer eines Ansteuerzyklus, die in 3b mit T bezeichnet ist, wesentlich kleiner ist als die Periodendauer der Eingangsspannung Uin.
Für den während der Dauer T eines Ansteuerzyklus aufgenommen Mittelwert des Eingangsstromes Iin gilt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren: Im = Î/[2·(1 + p)] (8).
Für den Spitzenwert Î gilt auch hier die eingangs bereits erläuterte Beziehung (2), so dass nach Einsetzen von (2) in (8) für den pro Ansteuerzyklus aufgenommenen mittleren Strom Im gilt. Im = (Uin·ton)/[2·L1·(1 + p)] (9).
Unter der Annahme einer sich im Vergleich zur Dauer T eines Ansteuerzyklus langsam ändernden Eingangsspannung Uin und unter der Annahme eines sich im Vergleich zur Dauer eines Ansteuerzyklus T langsam ändernden Regelsignals S10 und eines sich damit langsam ändernden Proportionalitätsfaktors p gilt somit auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass der pro Ansteuerzyklus aufgenommene mittlere Strom Im proportional ist zum Momentanwert der Eingangsspannung Uin.
Wegen der bereits eingangs erläuterten Abhängigkeit der Entmagnetisierungsdauer td von der Eingangsspannung Uin, die auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gilt, variiert die Dauer eines Ansteuerzyklus T, bzw. die Schaltfrequenz f = 1/T des Schalters SW mit dem Momentanwert der Eingangsspannung Uin, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Wartedauer tw einem Anstieg der Schaltfrequenz bei kleiner Leistungsaufnahme des Schaltwandlers entgegen gewirkt werden kann, wie nachfolgend anhand von 4 erläutert wird.
4 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Einschaltdauer ton abhängig von dem Regelsignal S10 und die Abhängigkeit des Proportionalitätsfaktors p von dem Regelsignal S10. Die Einschaltdauer ton des Schalters SW ist in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel exponentiell abhängig von dem Regelsignal S10, es gilt also: ton = a1·eb1·S10 (10),wobei a1, b1 schaltungsabhängig gewählte Konstanten sind.
Für die folgende Betrachtung wird davon ausgegangen, dass das Regelsignal S10 so erzeugt wird, dass mit steigendem Regelsignal S10 die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers zunimmt. Zunächst wird der Verlauf der Einschaltdauer ton für Regelsignalwerte größer als ein Grenzwert x11 betrachtet. Für diese Regelsignalwerte S10 wird der Schalter derart angesteuert, dass sich ein nicht-lückender Strombetrieb der Speicherdrossel L1, der auch als Critical Conduction Mode (CCM) bezeichnet wird, ergibt. Für den Proportionalitätsfaktor gilt in diesem Fall p = 0, es werden also keine Wartedauern tw zwischen der Entmagnetisierung der Speicherdrossel L1 und dem erneuten Einschalten des Schalters eingefügt. Der zeitliche Verlauf des Ansteuersignals S20 und des Eingangsstromes Iin entspricht in diesem Fall dem anhand von 2 bereits erläuterten Verlauf.
Unterschreitet das Regelsignal S10 diesen Grenzwert x11, der für eine bestimmte Leistungsaufnahme steht, so wird eine Wartezeit tw zwischen dem Entmagnetisierungszeitpunkt der Speicherdrossel L1 und dem erneuten Einschalten des Schalters SW eingefügt, wobei das Verhältnis zwischen Wartezeit tw und Speicherdauer ts in dem Beispiel 0,5 beträgt. Dieser lückende Strombetrieb wird nachfolgend als WCM-Betrieb (WCM = Wait Cycle Mode).
Die Anhebung des Proportionalitätsfaktors soll leistungsneutral erfolgen, das heißt, eine Kennlinie der Leistungsaufnahme abhängig von dem Regelsignal S10 soll auch im Übergangsbereich zwischen Werten für S10 größer als x11 und Werten für S10 kleiner als X11 kontinuierlich verlaufen. Um diesen Proportionalitätsfaktor p leistungsneutral zu ändern, wird mit einer Änderung des Proportionalitätsfaktors die Abhängigkeit der Einschaltdauer ton von dem Regelsignal S10 entsprechend angepasst. Diese Anpassung erfolgt bei einem Übergang vom Betrieb ohne Wartezeit auf einen Betrieb mit Wertezeit, also bei einem Übergang von einem Wert p = 0 auf einen Wert p ≠ 0, und umgekehrt. Diese Anpassung erfolgt auch beim Betrieb mit Wertezeit, wenn zwischen einzelnen Proportionalitätsfaktoren gewechselt wird.
Unter der Annahme, dass p_v den Proportionalitätsfaktor vor einem Wechsel des Proportionalitätsfaktors und p_n diesen Proportionalitätsfaktor nach einem Wechsel bezeichnet und unter der Annahme, dass ton = f_v(S10) die Abhängigkeit der Einschaltdauer vor dem Wechsel des Proportionalitätsfaktors bezeichnet, gilt für diese Abhängigkeit f_n(S10) nach dem Wechsel des Proportionalitätsfaktors: fn(S10) = (1 + pn)/(1 + pv)·fv(S10) (11).
In dem in 4 dargestellten Fall gilt für die Einschaltdauer ton für Regelsignalwerte S10 kleiner als x11 somit: ton = 1,5·a1·eb1·S10 (12).
Sinkt das Regelsignal S10 in Folge einer sinkenden Leistungsaufnahme einer an die Ausgangsklemmen AK1, AK2 angeschlossenen Last weiter ab, so steigt der Proportionalitätsfaktor ab Unterschreiten eines Regelsignalwertes x21 auf einen Proportionalitätsfaktor p = 1,5 an, wobei die Abhängigkeit der Einschaltdauer ton von dem Regelsignal S10 in oben erläuterter Weise entsprechend angepasst wird.
Vorzugsweise wird beim Übergang zwischen zwei Proportionalitätsfaktoren eine Hysterese berücksichtigt, die in 4 veranschaulicht ist. In dem Beispiel steigt der Proportionalitätsfaktor von 0 auf 0,5 an, wenn der Regelsignalwert S10 kleiner als der Referenzwert x11 wird. Für steigende Regelsignalwerte erfolgt ein Wechsel von dem Proportionalitätsfaktor p = 0,5 auf den Proportionalitätsfaktor p = 0 erst bei einem Referenzwert x10 der größer als der Referenzwert x11. Eine entsprechende Hysterese mit Referenzwerten x21, x20 wird beim Übergang zwischen den Proportionalitätsfaktoren p = 0,5 und p = 1,5 berücksichtigt.
Wie in 4 ersichtlich ist, steigt die Einschaltdauer nach einem Wechsel auf einen größeren Proportionalitätsfaktor bzw. nach Einfügen einer größeren Wartezeit tw an, um mit weiter sinkendem Regelsignal S10 abzunehmen.
Vorzugsweise wird die Einschaltdauer ton auf einen Minimalwert ton_min begrenzt. Diese Begrenzung setzt bei dem in 4 dargestellten Verfahren ein, wenn das Regelsignal S10 unter einen Referenzwert x30 absinkt. Für Regelsignalwerte S10 unterhalb dieses Referenzwertes bleibt die Einschaltdauer ton_min konstant, wobei die Leistungsaufnahme ausschließlich über die Wartezeit tw geregelt wird, die mit weiter absinkenden Regelsignal S10 zunimmt. Der Proportionalitätsfaktor p steigt hierbei mit weiter absinkendem Regelsignal S10 weiter an, wobei dieser Anstieg in dem Beispiel gemäß 4 stufenweise erfolgt, so dass bei kleiner Leistungsaufnahme jeweils für bestimmte Wertebereiche des Regelsignals S10 gleiche Leistungsaufnahmen erreicht werden.
Neben dem in 4 dargestellten stufenweisen Verlauf des Proportionalitätsfaktors p abhängig von dem Regelsignal S10 besteht auch die Möglichkeit, den Proportionalitätsfaktor kontinuierlich mit kleiner werdendem Regelsignal ansteigen zu lassen. Idealerweise ist der Proportionalitätsfaktor so ge wählt, dass die Schaltfrequenz im Wartezeitbetrieb über weite Bereiche des Regelsignals S10 annähernd konstant ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Proportionalitätsfaktor umgekehrt proportional bzw. invers zu der Einschaltdauer ton verläuft. Bei sehr kleinen Werten für das Regelsignal S10 steigt der Proportionalitätsfaktor p dabei stärker als umgekehrt proportional zu dem Regelsignal S10 an, um eine minimale Einschaltdauer nicht zu unterschreiten, wodurch die Schaltfrequenz dann absinkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ausschließlich durch digitale Schaltmittel realisiert werden, denen das Regelsignal zugeführt ist und die unter Berücksichtigung des Regelsignals ein Ansteuersignal erzeugen, das Einschaltimpulse mit von dem Regelsignal abhängigen Einschaltdauern und Wartedauern aufweist, wobei diese Wartedauern über den von dem Regelsignal abhängigen Proportionalitätsfaktor zu Einschaltdauer plus Entmagnetisierungsdauer in Beziehung stehen.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer mit digitalen Mitteln realisierbaren Ansteuerschaltung, die ein Ansteuersignal S20 für den Schalter SW gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt. Die Ansteuerschaltung umfasst einen Eingang zur Zuführung des Regelsignals S10, das einer Nachschlagetabelle 21 und einer Zustandslogik 23 zugeführt ist. Ein Pulsweitengenerator 22 erzeugt nach Maßgabe eines Ausgangssignals der Tabelle 21 und eines Ausgangssignals eines Wartezeitgenerators 24 das Ansteuersignal S20. Dem Wartezeitgenerator 24 ist dabei das Ausgangssignal S21 der Hilfswicklung L2 und ein Ausgangssignal der Zustandslogik 23 zugeführt.
In der Nachschlagetabelle 21 sind Werte für die Einschaltdauern abgespeichert, die den einzelnen Werten des Regelsignals S10, beispielsweise gemäß der Kurve in 4, zugeordnet sind. Um ein Hystereseverhalten für den Übergang zwischen Wartezeitbetrieb und Nicht-Wartezeitbetrieb zu erreichen und um ein Hystereseverhalten bei Änderung des Proportionalitäts faktors innerhalb des Wartezeitbetriebs zu erreichen, sind den Regelsignalwerten innerhalb solcher Hysteresebereiche jeweils zwei Werte für die Einschaltdauer zugeordnet.
Die Zustandslogik 23 bestimmt abhängig von dem Regelsignal S10 den jeweiligen Betriebszustand, wobei neben den Grund-Betriebszuständen, WCM-Betrieb und CCM-Betrieb, auch Betriebszustände unterschieden werden, bei denen das Regelsignal ansteigt oder absinkt, um für die hysteresebehafteten Übergangsbereiche den jeweils korrekten der beiden Einschaltdauerwerte an den Pulsweitengenerator auszugeben, die zu einem Regelsignalwert in der Tabelle 21 abgespeichert sind.
Die Zustandslogik steuert den Wartezeitgenerator 24 an, abhängig von dem Betriebszustand, der in der erläuterten Weise auch die Hysteresen berücksichtigt, ein Wartezeitsignal zu erzeugen und an den Pulsweitengenerator auszugeben.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung 20 zur Bereitstellung eines Ansteuersignals S20 für den in Reihe zu der Speicherdrossel L1 geschalteten Schalter SW. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Eingangsklemme zum Zuführen des Regelsignals S10, eine Ausgangsklemme zur Bereitstellung des Ansteuersignals S20 sowie eine weitere Eingangsklemme zur Zuführung eines einen Speicherzustand der Speicherdrossel L1 angebenden ersten Speicherzustandssignals S21, aus dem unter Verwendung eines noch zu erläuternden D-Flip-Flops FF1 ein zweites Speicherzustandssignal S22 zur Verfügung gestellt wird.
Die dargestellte Ansteuerschaltung 20 ist dazu ausgebildet, den Schalter SW so anzusteuern, dass abhängig vom Wert des Regelsignals S10 der erläuterte lückende Strombetrieb der Speicherdrossel L1 entsteht, oder dass ein nicht-lückender Strombetrieb der Speicherdrossel L1 entsteht, bei dem der Schalter SW jeweils dann wieder eingeschaltet wird, sobald die Speicherdrossel zum ersten Mal energiefrei bzw. entmagnetisiert ist.
Die dargestellte Schaltungsanordnung ist als gemischte Schaltung mit digitalen und analogen Schaltungskomponenten ausgebildet. Die Anordnung umfasst einen digitalen Vergleicher 27, dem das Regelsignal S10 zugeführt ist und der dieses digitale Regelsignal S10 mit zwei Schwellenwerten x61, x62 vergleicht, wobei das Vergleichsergebnis für den Vergleich mit dem ersten Schwellenwert x61 dem J-Eingang eines JK-Flip-Flops FF3 und das Vergleichsergebnis für den Vergleich mit dem zweiten Schwellenwert x62 dem K-Eingang dieses JK-Flip-Flops FF3 zugeführt ist. An Ausgängen dieses JK-Flip-Flops FF3 stehen ein erstes Zustandssignal CCM und ein zweites Zustandssignal WCM zur Verfügung, die komplementär zueinander sind. Das erste Zustandssignal CCM nimmt dabei einen High-Pegel an, wenn die Ansteuerschaltung 20 den Schalter im CCM-Betrieb ansteuern soll, und das zweite Zustandssignal WCM nimmt entsprechend einen High-Pegel an, wenn die Ansteuerschaltung S20 den Schalter im WCM-Betrieb ansteuert. Bei der Umschaltung vom WCM-Betrieb in den CCM-Betrieb und umgekehrt ist eine Hysterese vorgesehen, wobei die Ansteuerschaltung vom WCM-Betrieb in den CCM-Betrieb übergeht, wenn das Regelsignal S10 über den Wert der ersten Schwelle x61 ansteigt. Die Ansteuerschaltung 20 geht vom CCM-Betrieb in den WCM-Betrieb über, wenn das Regelsignal S10 bei kleiner werdenden Regelsignalwerten unter den Wert der zweiten Schwelle x62 absinkt, wobei x62 < x61 gilt.
Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin zwei digitale Funktionsgeneratoren 25, 26, die abhängig von dem durch die Zustandssignale WCM, CCM vorgegebenen Betriebszustand zwei digitale Steuersignale DV1, DV2 aus dem Regelsignal S10 bereitstellt. 9 zeigt beispielhaft den Verlauf dieser digitalen Regelsignale DV1, DV2 abhängig vom Wert des Regelsignals S10, wobei in 9 auch die Schwellen x61, x62 eingezeich net sind, bei denen jeweils ein Übergang vom CCM-Betrieb in den WCM-Betrieb, und umgekehrt, stattfindet.
Die digitalen Funktionsgeneratoren 25, 26 sind dazu ausgebildet, im CCM-Betrieb Steuersignale DV1, DV2 zur Verfügung zu stellen, die linear von dem Regelsignal S10 abhängig sind. In dem dargestellten Beispiel, bei dem ein digitales Regelsignal mit Werten zwischen 0 und 256 vorliegt, gilt für die beiden Regelsignale: DV1 = c1 – S10 (13) DV2 = S10 (14),wobei c1 eine Konstante ist, die für die in 9 dargestellte Kurve 192 beträgt.
Für den WCM-Betrieb weisen die digitalen Steuersignale DV1, DV2 jeweils abschnittsweise lineare Verläufe auf, wobei für das erste digitale Steuersignal DV1 in dem Beispiel abhängig von dem Regelsignal S10 gilt: DV1 = 224 – 8·S10 für S10 = 0...x80 (15a) DV1 = 128 – 2·S10 für S10 = x80...x70 (15b) DV1 = 80 – 0,5·S10 für S10 ≥ x70 (15c).
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 gilt dabei x80 = 16 und x70 = 32. Für das zweite Steuersignal DV2 gilt im WCM-Betrieb: DV2 = S10 + 8 für S10 = 0...x70 (16a) DV2 = 4·S10 – 88 für S10 ≥ x70 (16b).
Diese Beziehungen für DV1 und DV2 können je nach Anwendungsfall und gewünschtem Regelverhalten gewählt werden.
Die digitalen Steuersignale DV1, DV2 sind jeweils Digital-Analog-Wandlern DAC1, DAC2 zugeführt, die analoge Steuersignale V1, V2 aus diesen digitalen Steuersignalen DV1, DV2 zur Verfügung stellen.
Das erste analoge Steuersignal V1 ist dabei einer ersten gesteuerten Stromquellenanordnung Iq1 zugeführt, die einen Ladestrom I12 für einen Kondensator C1 zur Verfügung stellt, der an diese erste Stromquelle Iq1 angeschlossen ist. Das zweite analoge Steuersignal V2 ist einer zweiten Stromquellenanordnung Iq2 zugeführt, die einen Entladestrom I22 für den ebenfalls an diese zweite Stromquellenanordnung Iq2 angeschlossenen Kondensator C2 bereitstellt. Die erste und zweite Stromquelle Iq1, Iq2 sind in Reihe zwischen ein positives Versorgungspotential V+ und Bezugspotential GND geschaltet, wobei der Kondensator C1 an einen den Stromquellenanordnungen Iq1, Iq2 gemeinsamen Knoten angeschlossen ist und mit einer Klemme an Bezugspotential GND liegt. Eine in diesem Beispiel parallel zu dem Kondensator C1 geschalteten Zenerdiode Z1 dient als Überspannungsschutz für den Kondensator C1.
Die Stromquellenanordnungen Iq1, Iq2 umfassen jeweils eine erste Stromquelle Iq11, Ig21 und eine zweite Stromquelle Ig12, Ig22 die jeweils gemeinsam durch einen Verstärker OPV1, OPV2 angesteuert sind. Die zweiten Stromquellen Ig12, Ig22 sind darüber hinaus abhängig von dem zweiten Speicherzustandssignal S22 ein- und ausschaltbar, wobei diese zweiten Stromquellen in eingeschaltetem Zustand einen dem Strom I1, I2 jeweiligen ersten Stromquelle Iq11, Ig21 entsprechenden Strom als Lade- oder Entladestrom liefern. In eingeschaltetem Zustand ist also der Ladestrom I12, der durch die zweite Stromquelle Ig12 der ersten Stromquellenanordnung Iq1 zur Verfügung gestellt wird, gleich dem Strom I1 der ersten Stromquelle Ig11 der ersten Stromquellenanordnung Iq1. In gleicher Weise entspricht der Entladestrom I22, der durch die zweite Stromquelle Ig22 der zweiten Stromquellenanordnung Iq2 zur Verfügung gestellt wird, dem durch die erste Stromquelle Ig21 der zweiten Stromquellenanordnung Iq2 bereitgestellten Strom I2.
Die ersten Stromquellen Iq11, Ig21 sind dabei jeweils Teil einer Regelanordnung mit dem Verstärker OPV1, OPV2 und einem von dem jeweiligen Ausgangsstrom I1, I2 der ersten Stromquellen Iq11, Ig21 durchflossenen Widerstand R1, R2, wobei die Verstärker OPV1, OV2 die ersten Stromquellen Iq11, Ig21, und damit auch die zweiten Stromquellen Ig12, Ig22, jeweils so ansteuern, dass diese Ströme I1, I2 proportional sind zu den analogen Steuersignalen V1, V2. Hierzu vergleichen die Operationsverstärker OPV1, OPV2 jeweils den Spannungsabfall über einem von dem Ausgangsstrom I1, I2 der ersten Stromquellen Ig11, Ig21 durchflossenen Widerstand R1, R2 mit dem jeweiligen analogen Steuersignal V1, V2.
Die Ansteuerschaltung 20 weist weiterhin einen ersten und zweiten Komparator K3, K4 auf, wobei der erste Komparator K3 eine Spannung Vc1 über dem Kondensator C1 mit einem ersten Referenzwert V3 vergleicht, um ein erstes Komparatorsignal KS3 zur Verfügung zu stellen. Der zweite Komparator K4 vergleicht diese Spannung Vc1 über dem Kondensator C1 im WCM-Betrieb mit einem zweiten Referenzwert V4 und im CCM-Betrieb mit dem zweiten analogen Steuersignal V2, um ein zweites Komparatorsignal KS4 zur Verfügung zu stellen. Diesen beiden Komparatorsignale sind zusammen mit dem zweiten Speicherzustandssignal S22 einer Verknüpfungsschaltung 28 zugeführt, die das Ansteuersignal S20 bereitstellt. Diese Logikschaltung 28 umfasst ein RS-Flip-Flop, dessen Rücksetz-Eingang R das zweite Komparatorsignal KS4 zugeführt ist. Dem Setz-Eingang S dieses Flip-Flops FF2 ist das Ausgangssignal eines UND-Gatters G2 zugeführt, dem zum Einen das zweite Speicherzustandssignal S22 und dem zum Anderen das Ausgangssignal eines ODER-Gatters G3 zugeführt ist. Dem Eingang dieses ODER-Gatters G3 ist das zweite Komparatorsignal KS4 und das erste Zustandssignal CCM zugeführt, so dass bei Betrieb der Ansteuerschaltung im CCM-Betrieb, wenn das zweite Zustandssignal CCM einen High-Pegel annimmt, am Ausgang dieses ODER-Gatters G3 stets das erste Komparatorsignal KS3 anliegt.
Die Funktionsweise dieser Ansteuerschaltung 20 wird anhand von 7 zunächst für den WCM-Betrieb erläutert. 7 zeigt untereinander dargestellt zeitliche Verläufe des ersten Speicherzustandssignals S21, der Spannung Vc1 über dem Kondensator C1, des Ansteuersignals S20 und des daraus resultierenden Verlaufes des die Speicherdrossel L1 durchfließenden Stromes Iin, bzw. der Magnetisierung B dieser Speicherdrossel L1.
Bezug nehmend auf 6 wird die zweite Stromquelle Ig12 der ersten Stromquellenanordnung Iq1 über einen Inverter INV durch das invertierte zweite Speicherzustandssignal S22 ein- und ausgeschaltet, während die zweite Stromquelle Ig22 der zweiten Stromquellenanordnung Iq2 durch das Speicherzustandssignal S22 ein- und ausgeschaltet wird. Bei einem High-Pegel des zweiten Speicherzustandssignals S22 wird der Kondensator C1 mit dem zu dem analogen Steuersignal V1 bzw. dem digitalen Steuersignal DV1 proportionalen Ladestrom I1 geladen, während der Kondensator D1 bei einem Low-Pegel dieses zweiten Speicherzustandssignals S22 mit dem zu dem zweiten analogen Steuersignal V2 bzw. dem zweiten digitalen Steuersignal DV2 proportionalen Entladestrom I2 entladen wird.
Das erste Speicherzustandssignal S21, das durch die mit der Speicherdrossel L1 induktiv gekoppelte Hilfsspule L2 zur Verfügung gestellt wird, nimmt jeweils einen Low-Pegel an, wenn die Speicherdrossel L1 nach dem Öffnen des Schalters SW entmagnetisiert wird. Erfolgt nach einer Entmagnetisierung der Speicherdrossel kein sofortiges wiedereinschalten des Schalters SW, so schwingt dieses Signal nach einer steigenden Flanke auf einen High-Pegel ein, wie in 7 schematisch dargestellt ist. Das zweite Speicherzustandssignal S22 wird durch das D-Flip-Flop FF1 aus dem ersten Speicherzustandssignal S21 und dem Ansteuersignal S20 zur Verfügung gestellt, wobei dem Flip-Flop FF1 das erste Speicherzustandssignal S21 an seinem Takt-Eingang und das Ansteuersignal S20 an seinem Rücksetz-Eingang zugeführt ist. Am D-Eingang des Flip-Flop liegt dauerhaft ein High-Pegel an. Das zweite Speicherzustandssignal S22 nimmt mit einer steigenden Flanke des Ansteuersignals S20 einen Low-Pegel und mit einer steigenden Flanke des ersten Speicherzustandssignals S21 einen High-Pegel an.
Zur Erläuterung des Verfahrens wird nun der zeitliche Verlauf der in 7 dargestellten Signale ab einem Zeitpunkt t0 betrachtet. Zu diesem Zeitpunkt t0 ist die Speicherdrossel L1 entmagnetisiert, der Schalter SW geöffnet und das zweite Speicherzustandssignal S22 weist einen High-Pegel auf. Der Kondensator C1 wird somit durch den Entladestrom I2 entladen bis die Kondensatorspannung Vc1 auf den ersten Referenzwert V3 abgesunken ist. Über das erste Komparatorausgangssignal KS3, das ODER-Gatter G3 und das UND-Gatter G2 wird daraufhin das Flip-Flop FF2 der Logikschaltung 28 gesetzt, um einen High-Pegel des Ansteuersignals S20 zu erzeugen und den Schalter SW einzuschalten. Das zweite Speicherzustandssignal S22 nimmt daraufhin einen Low-Pegel an, und der Kondensator Vc1 wird mit dem Ladestrom I1 aufgeladen. Erreicht die Kondensatorspannung Vc1 dabei den Wert des zweiten Referenzpotentials V4 wird das Flip-Flop FF2 der Logikschaltung 28 zurückgesetzt, um einen Low-Pegel des Ansteuersignals S20 zu erzeugen und dadurch den Schalter SW zu öffnen. Der Kondensator C1 wird weiter mit dem Ladestrom I1 aufgeladen bis die nächste steigende Flanke des ersten Speicherzustandssignals S21 auftritt, bis die Speicherdrossel L1 also vollständig entmagnetisiert ist. Ab diesem Zeitpunkt nimmt das zweite Speicherzustandssignal S22 einen High-Pegel an, wodurch der Kondensator C1 mit dem Entladestrom I2 entladen wird, bis die Kondensatorspannung Vc1 wieder auf den Wert des ersten Referenzpotentials V3 abgesunken ist.
Bei diesem Verfahren besitzt die Spannung über dem Kondensator Vc1 einen dreieckförmigen Verlauf, wobei die Spannung Vc1 während der Summe aus Einschaltdauer ton und Entmagnetisierungsdauer td proportional zu dem Ladestrom I1 ansteigt und während der Wartezeit tw mit einer Steigung proportional zum Entladestrom I2 absinkt. Die Summe aus Einschaltdauer ton und Entmagnetisierungsdauer td ist auch bei diesem Verfahren proportional zur Wartezeit tw, wobei gilt: tw/(ton + td) = I2/I1 (17).
Der Proportionalitätsfaktor p ergibt sich somit aus dem Verhältnis von Entladestrom I2 zu Ladestrom I1, wobei diese beiden Ströme in der oben erläuterten Weise zu dem Regelsignal S10 in Beziehung stehen. Der Proportionalitätsfaktor p ändert sich bei diesem Verfahren kontinuierlich mit dem Regelsignal und nimmt mit abnehmendem Regelsignal S10 zu.
Die Funktionsweise der Ansteuerschaltung während des CCM-Betriebs wird anhand der zeitlichen Verläufe des ersten und zweiten Speicherzustandssignals S21, S22, der Kondensatorspannung Vc1, des Ansteuersignals S20 und des Stromes Iin der Speicherdrossel anhand von 8 erläutert. Während des CCM-Betriebes entspricht das erste Speicherzustandssignal S21 dem zweiten Speicherzustandssignal S22. Bei geschlossenem Schalter steigt die Kondensatorspannung Vc1 mit einer zu dem Ladestrom I1 proportionalen Steigung an, bis diese Spannung Vc1 den Wert des zweiten analogen Steuersignals V2 erreicht, wobei das Flip-Flop FF2 dann zurückgesetzt und der Schalter SW geöffnet wird. Über einen in Ansteuerschaltung 20 parallel zu dem Kondensator C1 liegenden Schalter SW1 wird der Kondensator C1 im CCM-Betrieb bei einer fallenden Flanke C1 des Ansteuersignals 20 kurzgeschlossen, um den Kondensator rasch zu entladen, woraus ein sägezahnartiger Verlauf der Kondensatorspannung Vc1 resultiert. Das Ansteuersignal S20 nimmt dann wieder einen High-Pegel an, um den Schalter SW des Schaltwandlers erneut zu schließen, wenn die Speicherdrossel L1 vollständig entmagnetisiert ist, wenn das erste bzw. zweite Speicherzustandssignal S21, S22 erneut einen High-Pegel annimmt.
Bei diesem erläuterten Verfahren im CCM-Betrieb ist über den Ladestrom I1 die Steigung der Kondensatorspannung Vc1 bei geschlossenem Schalter SW vom Regelsignal S10 abhängig. Darüber hinaus ist die Schaltschwelle V2, die das Abschalten des Schalters SW vorgibt, ebenfalls von dem Regelsignal S10 abhängig. Die Einschaltdauer ton ist proportional zu der Höhe der Schaltschwelle und damit proportional zu dem Signal DV2, sie ist umgekehrt proportional zu dem Ladestrom und damit umgekehrt proportional zu dem Signal DV1. Damit ist die Einschaltdauer proportional zu der Funktion S10/(C1 – S10). Wird C1 wie im gewählten Beispiel zu 192 gewählt, beschreibt diese Funktion im Wertebereich von 64 bis 255 näherungsweise einen exponentiellen Verlauf.
Durch einen nicht näher dargestellten abschnittsweise linearen Verlauf der Abhängigkeiten von DV1 und DV2 vom Regelsignal S10 im CCM-Betrieb ließe sich die Genauigkeit der Annäherung an einen exponentiellen Verlauf noch verbessern.
11 zeigt den Verlauf der Einschaltdauer ton und des Proportionalitätsfaktors p abhängig von dem Regelsignal S10. Im CCM-Betrieb, für den p = 0 gilt, steigt die Einschaltdauer ton mit zunehmendem Regelsignal S10 annähernd exponentiell an. Im WCM-Betrieb, für den p > 0 gilt, steigt der Proportionalitätsfaktor p mit sinkendem Regelsignal S10 kontinuierlich an. Die Einschaltdauer ton sinkt während des WCM-Betriebs mit sinkendem Regelsignal S10, und damit sinkender Leistungsaufnahme ab, allerdings in wesentlich geringerem Maß, als diese ohne Wartedauern der Fall wäre, die in der oben erläuterten Weise eine Verlängerung der Einschaltdauer erforderlich machen, um die Leistungsaufnahme bei einem gegebenen Regelsignalwert konstant zu halten.
10 zeigt in einem gemeinsamen Diagramm die relative Leistungsaufnahme in Prozent bezogen auf die maximale Leistungsaufnahme abhängig von dem Regelsignal S10 sowie beispielhaft ein Verlauf der Schaltfrequenz des Schalters SW abhängig von dem Regelsignal.
Die Darstellung ist einfach-logarithmisch, ein exponentieller Anstieg der Leistungskurve ergibt in dieser Darstellung eine Gerade. Der abschnittsweise Verlauf der Funktionen DV1 und DV2 und die Schwellwerte V3 und V4 im WCM-Betrieb sind so gewählt, dass die Leistungskurven für den CCM-Betrieb und für den WCM-Betrieb mit ausreichender Genauigkeit aufeinander liegen. Dadurch werden Sprünge der Regelsignals nach einem Wechsel der Betriebsart, also nach einem Wechsel zwischen Betrieb mit Wartezeit und Betrieb ohne Wartezeit, oder umgekehrt, vermieden.
Im CCM-Betrieb ist die Leistungsaufnahme exponentiell von dem Regelsignal S10 abhängig und steigt mit zunehmendem Regelsignal exponentiell an.
Im WCM-Betrieb, also zu kleinen Leistungen bzw. zu kleinen Regelsignalwerten hin verlässt die Leistungskurve den exponentiellen Verlauf, um auch die Abgabe sehr kleiner Leistungen zu ermöglichen.
Die Schaltfrequenz ist im WCM-Bereich über einen weiten Bereich des Regelsignal annähernd konstant. Über mehr als die Hälfte des in dem Beispiel von 0 bis 80 reichenden Regelsignalbereiches, nämlich für Werte zwischen 32 und 80 schwankt die Schaltfrequenz lediglich zwischen 80kHz und 120kHz. Für kleinere Regelsignalwerte sinkt die Schaltfrequenz stark ab. In diesem Bereich wird die Einschaltdauer nach unten hin auf einen Minimalwert begrenzt, wodurch die Wartedauern stark ansteigen, was zu Lasten der Schaltfrequenz geht.
Eine Ansteuerschaltung, die ein Ansteuersignal mit den in 11 erläuterten Parametern liefert, also ein Ansteuersignal, dessen Einschaltdauer während des CCM-Betriebes wenigstens annäherungsweise exponentiell ansteigt und bei dem der Proportionalitätsfaktor p zwischen Wartedauer und Einschaltdauer plus Entmagnetisierungsdauer mit abnehmendem Regelsignal kontinuierlich zunimmt, kann bezugnehmend auf die Erläuterung zu 5 auch mit digitalen Mitteln realisiert werden. Die Zuordnung zwischen Regelsignal S10 und Einschaltdauer ton und zwischen Regelsignal S10 und Proportionalitätsfaktor wird hierzu in einer geeigneten Tabelle abgelegt, die abhängig von dem jeweiligen Regelsignalwert S10 zur Erzeugung des Ansteuersignals mit oder ohne Wartedauer ausgelesen wird.
Vorteilhafterweise nimmt im WCM-Betrieb die Einschaltdauer mit abnehmenden Regelsignal linear ab, unterschreitet eine minimale Einschaltdauer jedoch nicht. Bei Einstellung des Proportionalitätsfaktors derart, dass eine wenigstens annähernd konstante Schaltfrequenz vorliegt, ergibt sich eine quadratische Abhängigkeit der Leistungsaufnahme von dem Regelsignal. Der Proportionalitätsfaktor wird in diesem Fall umgekehrt proportional zu der Einschaltdauer gewählt. Erst zu sehr kleinen Leistungsaufnahmen hin, steigt der Proportionalitätsfaktor stärker als umgekehrt proportional zu dem Regelsignal an, um eine minimale Einschaltdauer nicht zu unterschreiten, wobei dann die quadratische Abhängigkeit der Leistungsaufnahme von dem Regelsignal verlassen wird.
Die Abhängigkeit der Einschaltdauer ton von dem Regelsignal S10 genügt im Wartezeitbetrieb vorteilhafterweise folgender Beziehung: ton = a + b·S10,wobei a die Mindesteinschaltdauer ton_min definiert und b eine vorgegebene, die Veränderung der Einschaltdauer abhängig von Änderungen des Regelsignals S10 definierende Konstante ist.

AK1, AK2: Ausgangsklemmen
C: Kondensator
C1: Kondensator
CCM: erstes Zustandssignal, CCM-Betriebssignal
D: Diode
DAC1, DAC2: Digital-Analog-Wandler
DV1: erstes digitales Steuersignal
DV2: zweites digitales Steuersignal
EK1, EK2: Eingangsklemmen
FF1, FF2, FF3: Flip-Flops
G1: NOR-Gatter
G2: UND-Gatter
G3: ODER-Gatter
GL: Brückengleichrichter
GND: Bezugspotential
I1: Ladestrom
I12: Ladestrom
I2: Entladestrom
I22: Entladestrom
Iin: Eingangsstrom
INV: Inverter
Iq1, Iq2: Stromquellenanordnungen
Ig11, Ig21: erste Stromquellen
Ig12, Ig22: zweite Stromquellen
K3, K4: Komparatoren
KS3, KS4: Komparatorausgangssignale
L1: Speicherdrossel
L2: Hilfswicklung
OPV1, OPV2: Verstärker
R1, R2: Widerstände
S10: Regelsignal
S20: Ansteuersignal
S21: Hilfswicklungssignal, erstes Speicherzustands
: signal
S22: zweites Speicherzustandssignal
SW: Schalter
SW1: Schalter
SW2: Schalter
T: Periodendauer
td: Entmagnetisierungsdauer
toff: Ausschaltdauer
ton: Einschaltdauer
tw: Wartedauer
Uin: Eingangsspannung
Un: Netzspannung
Uout: Ausgangsspannung
V+: Versorgungspotential
V1: erstes analoges Steuersignal
V2: zweites analoges Steuersignal
V3, V4: Referenzpotentiale
WCM: zweites Zustandssignal, WCM-Betriebssignal
Z1: Zenerdiode
10: Regler
13: Regelverstärker
14: Referenzspannungsquelle
20: Ansteuerschaltung
21: Nachschlagetabelle
22: Pulsweitengenerator
11, 12: Widerstände
23: Zustandslogik
24: Wartezeitgenerator
27: Vergleichereinheit
28: Logikschaltung
25, 26: digitale Funktionsgeneratoren

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines Ansteuersignals (S20) für einen die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements (L1) regelnden Schalters (SW) in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung, die eine an das induktive Energiespeicherelement (L1) gekoppelte Gleichrichteranordnung (D, C) mit Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung (Uout) aufweist und in der ein die Leistungsaufnahme regelndes Regelsignal (S10) zur Verfügung steht, wobei das Verfahren für einen Ansteuerzyklus des Schalters (SW) folgende Verfahrensschritte aufweist: – Erzeugen eines Einschaltpegels des Ansteuersignals (S20) für eine von dem Regelsignal (S10) abhängige Einschaltdauer (ton) und eines Ausschaltpegels des Ansteuersignals (S20) nach Ablauf der Einschaltzeit (ton), – Detektieren eines vorgegebenen Speicherzustands des induktiven Energiespeicherelements (L1) nach Ablauf der Einschaltdauer (ton), – Abwarten einer Wartedauer (tw), die wenigstens annäherungsweise proportional ist zu der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Einschaltpegels und der Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes, vor einem erneuten Erzeugen eines Einschaltpegels, wobei die Wartedauer (tw) abhängig von dem Regelsignal (S10) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einschaltdauer (ton) wenigstens annäherungsweise exponentiell von dem Regelsignal (S10) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Proportionalitätsfaktor zwischen der Wartedauer (tw) und der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Einschaltpegels und der Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes wenigstens für einen vorgegebenen Wertebereich des Regelsignals (S10) konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein möglicher Wertebereich des Regelsignals (S10) in wenigstens zwei Teilwertebereiche unterteilt wird, denen jeweils unterschiedliche Proportionalitätsfaktoren zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem bei einer Änderung des Proportionalitätsfaktors abhängig von dem Regelsignal (S10) eine Hysterese berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich der Proportionalitätsfaktor wenigstens innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches des Regelsignals (S10) kontinuierlich mit Änderungen des Regelsignals (S10) ändert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der detektierte Speicherzustand des induktiven Energiespeicherelements eine erste vollständige Entmagnetisierung nach Ablauf der Einschaltdauer (ton) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wartedauer (tw) zwischen einem Detektieren des vorgegebenen Speicherzustandes und einem erneuten Erzeugen eines Einschaltpegels erst dann eingefügt wird, wenn das Regelsignal (S10) eine vorgegebene erste Schwelle erreicht hat, die auf ein Absinken der Leistungsaufnahme unter einen vorgegebenen ersten Wert hinweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Einschaltdauer (ton) fest vorgegeben wird, wenn das Regelsignal eine vorgegebene zweite Schwelle erreicht, die auf ein Absinken der Leistungsaufnahme unter einen vorgegebenen zweiten Wert hinweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zur Bereitstellung eines Wartedauern aufweisenden Ansteuersignals (S20) ein Ladezustand eines kapazitiven Speicherelements (C1) ausgewertet wird, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Erzeugen eines Einschaltpegels des Ansteuersignals (S20) und Laden des kapazitiven Speicherelements mit einem von dem Regelsignal (S10) abhängigen Ladestrom (I1), wenn eine Spannung (Uc1) über dem Speicherelement (C1) einen vorgegebenen ersten Referenzwert (V3) erreicht, – Erzeugen eines Ausschaltpegels des Ansteuersignals (S20), wenn die Spannung (Uc1) über dem Speicherelement (C1) einen vorgegebenen zweiten Referenzwert (V3) erreicht, – Entladen des Speicherelements (C1) mit einem von dem Regelsignal (S10) abhängigen Entladestrom (I2), wenn der vorgegebene Magnetisierungszustand des induktiven Energiespeicherelements (L1) detektiert wird, – erneutes Erzeugen eines Einschaltpegels, des Ansteuersignals (S20), wenn die Spannung (Uc1) über dem kapazitiven Speicherelement auf den ersten Referenzwert (V3) abgesunken ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der erste und zweite Referenzwert (V3, V4) fest vorgegeben sind.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem für unterschiedliche Teilwertebereiche des Regelsignals (S10) unterschiedliche Abhängigkeiten des Lade- und Entladestroms (I1, I2) von dem Regelsignal (S10) eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zur Bereitstellung eines keine Wartedauern aufweisenden Ansteuersignals (S20) ein Ladezustand eines kapazitiven Spei cherelements (C1) ausgewertet wird, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Erzeugen eines Einschaltpegels des Ansteuersignals (S20) und Laden des kapazitiven Speicherelements mit einem von dem Regelsignal (S20) abhängigen Ladestrom, wenn der vorgegebene Speicherzustand des induktiven Energiespeicherelements (L1) detektiert wird, – Erzeugen eines Ausschaltpegels des Ansteuersignals (S20) und Entladen des kapazitiven Speicherelements (C1) mit einem von dem Regelsignal abhängigen Entladestrom (I2), wenn eine Spannung über dem kapazitiven Speicherelement (C1) einen von dem Regelsignal (S10) abhängigen Referenzwert (V2) erreicht.
Ansteuerschaltung (20) zur Erzeugung eines Ansteuersignals (S20) für einen die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements (L1) regelnden Schalters (SW) in einem Schaltwandler, die folgende Merkmale aufweist: – einen ersten Eingang zur Zuführung eines eine Leistungsaufnahme regelnden Regelsignals (S10) und einen zweiten Eingang zur Zuführung eines einen Speicherzustand des induktiven Energiespeicherelements (L1) anzeigenden ersten Speicherzustandssignals (S22), – einen Ausgang zur Bereitstellung des Ansteuersignals (S20), – ein kapazitives Energiespeicherelement (C1), – eine an das kapazitive Energiespeicherelement (C1) angeschlossene Ladeschaltung (Iq1), die nach Maßgabe eines von dem ersten Speicherzustandssignal (S21) abhängigen Speicherzustandssignals (S22) einen von dem Regelsignal (S10) abhängigen Ladestrom (I1) bereitstellt, – eine an das kapazitive Energiespeicherelement (C1) angeschlossene Entladeschaltung (Iq2), die nach Maßgabe des zweiten Speicherzustandssignals (S22) einen von dem Regelsignal (S10) abhängigen Entladestrom (I2) bereitstellt, – eine an das Energiespeicherelement (C1) angeschlossene erste Vergleicheranordnung (K3), die eine Spannung (Uc1) über dem Energiespeicherelement (C1) mit einem ersten Referenzwert (V3) vergleicht, und eine an das Energiespeicherelement (C1) angeschlossene zweite Vergleicheranordnung (K4), die die Spannung (Uc1) über dem Energiespeicherelement (C1) mit einem zweiten Referenzwert (V4) vergleicht, – eine Signalerzeugungsschaltung (28), die abhängig von einem Ausgangssignal (KS3) der ersten Vergleicheranordnung (K3) einen Einschaltpegel des Ansteuersignals (S20) und abhängig von einem Ausgangssignal (KS4) der zweiten Vergleicheranordnung (K4) einen Ausschaltpegel des Ansteuersignals (S20) erzeugt.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 14, die folgende weitere Merkmale aufweist: – eine Zustandssignalerzeugungsschaltung (27), die abhängig von dem Regelsignal (S10) wenigstens ein Betriebszustandssignal (CCM, WCM) erzeugt, – eine Umschalteinrichtung (SW2), die der zweiten Vergleicheranordnung (K4) abhängig von dem Zustandssignal (WCM, CCM) ein konstantes Signal (V4) oder ein von dem Regelsignal (S10) abhängiges Signal (V2) als zweites Referenzsignal zuführt, – eine zweite Entladeschaltung (SW1, G1) der das wenigstens eine Zustandssignal (WCM) und das zweite Speicherzustandssignal (S22) zugeführt ist und die an das kapazitive Energiespeicherelement (C1) gekoppelt ist, um das Energiespeicherelement (C1) bei einem vorgegebenen Wert des Zustandssignals (WCM) nach Maßgabe des Speicherzustandssignals (S22) zu entladen, – in der Signalerzeugungsschaltung (28) eine Verknüpfungsschaltung (G2, G3), der das Ausgangssignal (KS4) der zweiten Vergleichereinheit (K4), das Speicherzustandssignal (S22) und das wenigstens eine Zustandssignal zugeführt sind, um bei einem ersten vorgegebenen Wert des Zustandssignals (S22) den Einschaltpegel abhängig von dem Speicherzustandssignal (S22) und dem Ausgangssignal (KS3) der ersten Vergleicheranordnung (K3) zu erzeugen und bei einem zweiten vorgegebenen Wert des Zustandssignals (WCM; CCM) den Einschaltpegel abhängig von dem Speicherzustandssignal (S22) zu erzeugen.
Verfahren zur Bereitstellung eines Ansteuersignals (S20) für einen die Stromaufnahme eines induktiven Energiespeicherelements (L1) regelnden Schalters (SW) in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung, die eine an das induktive Energiespeicherelement (L1) gekoppelte Gleichrichteranordnung (D, C) mit Ausgangsklemmen (AK1, AK2) zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung (Uout) aufweist und in der ein die Leistungsaufnahme regelndes Regelsignal (S10) zur Verfügung steht, wobei das Verfahren für einen Ansteuerzyklus des Schalters (SW) folgende Verfahrensschritte aufweist: – Erzeugen eines Einschaltpegels des Ansteuersignals (S20) für eine von dem Regelsignal (S10) abhängige Einschaltdauer (ton) und eines Ausschaltpegels des Ansteuersignals (S20) nach Ablauf der Einschaltzeit (ton), – Detektieren eines vorgegebenen Speicherzustands des induktiven Energiespeicherelements (L1) nach Ablauf der Einschaltdauer (ton), – erneutes Erzeugen eines Einschaltpegels des Ansteuersignals (S20) bei Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes, wenn das Regelsignal (S10) auf eine Leistungsaufnahme oberhalb einer vorgegebenen ersten Schwelle hinweist, und – Abwarten einer Wartedauer (tw) zwischen der Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes und einem erneuten Erzeugen eines Einschaltpegels, wenn das Regelsignal (S10) auf eine Leistungsaufnahme unterhalb der vorgegebenen ersten Schwelle hinweist, wobei die Wartedauer (tw) wenigstens annäherungsweise proportional ist zu der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Einschaltpegels und der Detektion des vorgegebenen Speicherzustandes und von dem Regelsignal (S10) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem bei einem Übergang zwischen einem Betrieb ohne Wartedauer einem Betrieb mit Wartedauer eine Hysterese berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem bei einem Übergang zwischen einem Betrieb ohne Wartedauer und einem Betrieb mit Wartedauer die Einschaltdauer (ton) derart angepasst wird, dass eine Kennlinie der Leistungsaufnahme abhängig von dem Regelsignal (S10) kontinuierlich verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Einschaltdauer (ton) im Nicht-Wartezeitbetrieb wenigstens annäherungsweise exponentiell von dem Regelsignal (S10) abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die Einschaltdauer (ton) während des Wartezeitbetriebs mit abnehmenden Regelsignal (S10) linear abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Einschaltdauer (ton) während des Wartezeitbetriebs eine vorgegebenen Mindesteinschaltdauer nicht unterschreitet.