DE112005001591T5

DE112005001591T5 - Verfahren und Vorrichtung zum intelligenten Einstellen der Totzeit

Info

Publication number: DE112005001591T5
Application number: DE112005001591T
Authority: DE
Inventors: James S. San Pedro Brown
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-06-21
Also published as: US20060007713A1; KR20070039098A; TWI301350B; WO2006014435A2; KR100864730B1; US7098640B2; TW200616317A; JP2008506347A; WO2006014435A3

Abstract

Vorrichtung zum Einstellen der Totzeit zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern einer Leistungskonverterschaltung, die über ein Versorgungspotenzial verbunden sind, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
eine Schaltung zum Überwachen eines Leistungskonverterschaltungsparameters und Bereitstellen eines Ausgangs entsprechend dem Schaltungsparameter;
einen Speicher, der durch ein Signal adressiert wird, das zu dem Ausgang der Überwachungsschaltung in Beziehung steht, wobei in dem Speicher Werte gespeichert sind, die zu den Totzeiten in Beziehung stehen und Werten des Schaltungsparameters zugeordnet sind;
einen Prozessor, der einen Ausgang des Speichers bereitstellt, der dem Wert des Schaltungsparameters zugeordnet ist, um die Totzeit entsprechend dem gespeicherten Wert in dem Speicher einzustellen, und
eine Totzeitimplementierungsstufe zum Implementieren der Totzeit entsprechend dem Ausgang des Speichers.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/585,678, eingereicht am 6. Juli 2004, mit dem Titel "Intelligent Dead Time", deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Stromversorgungen und insbesondere Spannungskonverter, die mit zwei gesteuerten Schaltern arbeiten, von denen einer als ein Synchrongleichrichter arbeitet. Die zwei Schalter werden allgemein so gesteuert, dass beide Schalter nie zur selben Zeit an sind. Zwischen die Ein-Zeiten der zwei Schalter wird eine "Totzeit" eingefügt, um ein Überkreuzleiten an der Gleichspannungsversorgung, zwischen der die zwei Schalter in Reihe geschaltet sind, zu verhindern.
Die Synchrongleichrichtung wird weithin in Niederspannungsausgangskonvertern unterschiedlicher Topologien eingesetzt, und zwar in Abwärtskonvertern (buck converters), Zusetzkonvertern (boost converters), Sperrkonvertern (fly back converters) und Durchflusskonvertern (forward converters). Durch Verwenden eines MOSFET- Schalters anstelle einer Silizium- oder Schottky-Diode lassen sich die Gleichrichtungsverluste drastisch verringern.
Bei Synchronkonvertern ist es wesentlich, dass ein überlappungsfreier Zeitraum (eine Totzeit) eingehalten wird, um ein übermäßiges Überkreuzleiten des Steuerschalters mit dem Synchrongleichrichterschalter zu verhindern. Der Leistungsverlust bei einer starken Überlappung ist im Vergleich zu den zusätzlichen Leitungsverlusten, die während der Totzeit eintreten, extrem hoch.
Trotzdem sind Totzeitverluste signifikant, insbesondere bei zunehmender Konverterbetriebsfrequenz. Nehmen wir als Beispiel einen Synchronabsetzkonverter mit folgenden Merkmalen:
Betriebsfrequenz = 1 MHz
Eingangsspannung = 12 Volt
Ausgangsspannung = 1 Volt
Ausgangsstrom = 40 Ampere
Synchroneinschaltwiderstand = 3 mΩ
VF der Synchronschalterkörperdiode bei 40 A = 0,8 V
Der momentane Leistungsverlust beträgt bei eingeschaltetem Synchronschalter-FET 4,8 Watt, aber 32 Watt, wenn nur die Körperdiode leitet. Unter den obigen Bedingungen bedeutet das zusätzliche 27 mW Leistungsverlust je Nanosekunde Totzeit. Zwei Schaltflanken je Zyklus von 20 ns Totzeit führen jeweils zu weiteren 1,088 Watt Verlust in dem Synchronschalter – eine 20 %-ige Zunahme der Verluste für diese Komponente. Eine Schottky-Diode parallel zu dem MOSFET verringert diese Zahl um 30 % bis 40 %, aber um den Preis zusätzlicher Kosten und Bauelemente.
Sobald außerdem die Körperdiode (body diode) des Synchronschalters leitet, unterliegt sie einer Sperrerholungszeit oder Sperrverzögerungszeit und einer damit verbundenen Ladung, die aus der Grenzschicht abgeleitet werden muss. Dies führt zu einem Überkreuzleiten und verursacht zusätzliche Verluste in dem Steuer-FET.
Die vorliegende Erfindung sucht die mit der Totzeit verbundenen Leistungsverlustes zu minimieren. Dies erreicht man durch Minimieren der Totzeit, um die Körperdiodenleitungsverluste zu senken, und in einigen Fällen durch Zulassen eines FET-Schalter-Überkreuzleitens, um ein Körperdiodenleiten ganz und gar zu beseitigen, wodurch Verluste im Zusammenhang mit der Sperrverzögerung beseitigt werden.
Es gibt eine Anzahl bekannter Techniken zum Verringern der Totzeit. Dazu gehören:
Einstellbare Totzeit. Die Totzeit wird während der Entwurfs- oder Aufbauphase so eingestellt, dass ein Überkreuzleiten unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Prozessvariation aller Komponenten, die am Erreichen der Totzeit beteiligt sind, vermieden wird. Die Prozessvariation von Halbleitern kann signifikant sein, und der Schaltkreisbetrieb kann sich über einen weiten Bereich erstrecken. Wenn also mit den Schlimmstfallkomponenten unter Schlimmstfallbedingungen keine Überkreuzung erreicht wird, so ist die Totzeit mit Bestfallkomponenten und unter Bestfallbedingungen übermäßig. Dies führt zu übermäßigen vergeudeten Leistungsverlusten.
Adaptive Totzeit. Die adaptive Totzeit ist insofern eine Verbesserung gegenüber der einstellbaren Totzeit, als sie sich dynamisch mit sich verändernden Bedingungen und von Einheit zu Einheit über Komponentenvariationen hinweg ändern kann. Im Wesentlichen ist es eine Logiksteuerung, mit der das Einschalten des Gatters eines Schalters verhindert wird, bis das Abschalten des Gatters des anderen Schalters detektiert wurde. Oberflächlich betrachtet, scheint dies die Lösung des Problems zu sein, aber in der Wirklichkeit ist es anders. Für eine Logiksteuerung und für das Laden und Entladen der Gatter der Leistungsschalter selbst werden endliche Zeiträume benötigt. In der Realität führt dies zu Totzeiten in der Größenordnung von 10 ns bis 30 ns je Schaltübergang für insgesamt 20 ns bis 60 ns je Zyklus.
Prädiktive Totzeit. Der größte Teil des Problems bei der adaptiven Totzeit ist die Zeit, die zum Ein- und Ausschalten der FETs benötigt wird. Die prädiktive Totzeit beseitigt diesen Schwachpunkt mit Hilfe eines Phasenregelkreises (phase locked loop) oder eines anderen Kreises zum Verringern der Totzeit, bis sie nahe null ist. Es scheint, als böte diese Lösung viele der Vorteile, wie die vorliegende Erfindung sie bietet, aber mit der Verwendung eines Regelkreises sind Nachteile verbunden. Da sich diese Verfahrensweise auf einen Regelkreis der einen oder anderen Art zum Einstellen der Totzeit stützt, geht mit diesem Kreis auch eine Einschwingzeit einher. Während Übergangsbedingungen kann es zu Überkreuzleiten kommen, während sich der Kreis in einen neuen stabilen Zustand einzuschwingen sucht. Wenn eine feste Totzeit in den Kreis einprogrammiert wird, um Überkreuzleiten zu vermeiden, so ist der größte Teil der Zeit dabei mehr als die Mindesttotzeit und die zugehörigen Verluste. In jedem Fall stützt sich die Kreislösung auf einige willkürliche elektrische Bedingungen, anstatt die mit der Totzeit verbundenen Verluste zu minimieren. Testergebnisse deuten darauf hin, dass dieses Verfahren nicht zu den geringstmöglichen Leistungsverlusten führt.
Leistungsverlustminimierende Totzeit (Power Loss Minimizing Dead Time – PLMDT). Diese Technik hat alle Vorteile der vorliegenden Erfindung, außer dass sie sich nicht die besten Totzeiteinstellungen für verschiedene Betriebsbedingungen "merkt". Für die Verhältnisse des Stromversorgungsbetriebes dauert diese Optimierung lange – sie liegt im zweistelligen Millisekundenbereich. Das bedeutet, dass in Umgebungen mit schnellen Lastübergängen der PLMDT-Betrieb nicht mit den Änderungen im Stromversorgungsbetrieb Schritt halten kann. Mittelwertbildungstechniken gestatten es der PLMDT-Schaltung, einen "optimalen" Mittelwert zu finden, der über einen weiten Bereich von Lastströmen hinweg am besten arbeitet. Dieser Lösungsansatz funktioniert sehr gut, aber er hat immer noch den Nachteil, dass er nicht die genau richtige Totzeit für jeden Strom erreicht. PLMDT ist der Themengegenstand der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung IR-2673 des Anmelders mit der US-Seriennummer 11/058,969, eingereicht am 16. Februar 2005, die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
4 zeigt eine Konverterschaltung, die Transistoren Q1 und Q2 umfasst, wobei PLMDT zum Einstellen der Totzeit verwendet wird. Änderungen bei der relativen Einschaltdauer (duty factor) eines PWM-Signals 10 werden zum Schätzen der Leistungsverluständerungen verwendet. Ein Multiplikatorblock 22 wird dafür verwendet, V_IN (die Versorgungsspannung zu den Schaltern Q₁ und Q₂) mit dem PWM-Signal zu modulieren, wodurch das Signal D × V_IN erzeugt wird, das der relativen Einschaltdauer proportional ist. Dieses Signal wird durch ein Tiefpassfilter 24 geleitet, wodurch ein sich langsam bewegendes Signal erzeugt wird, das gleich dem Wert ist, den die Ausgangsspannung hätte, wenn es keine Konverterverluste gäbe. Dieses Signal wird um einen Faktor k(k × D × V_IN) verstärkt und in zwei Pfade geteilt. Ein Pfad führt direkt zum Entscheidungskomparator 26, und der andere Pfad führt zum Beispiel durch ein Abtast- und Haltemodul 28, bevor es in den Entscheidungskomparator 26 eingespeist wird. Das Abtast- und Haltemodul 28 dient dem Speichern des oben erwähnten "k × D × V_IN"-Signals, damit es mit dem Signal verglichen werden kann, das nach einer Änderung der Totzeit erzeugt wird.
In 4 ist ein Abtast- und Haltemodul 28 gezeigt, aber die Abtast- und Haltefunktion kann auf verschiedene Weise implementiert werden, einschließlich beispielsweise mittels eines "N"-Bit-Speichers oder anderer gleichwertiger Techniken. Gleichermaßen kann die Komparatorfunktion zum Beispiel durch einen logischen Größenordnungskomparator oder andere gleichwertige Techniken ausgeführt werden.
Der Totzeitprozessor 20 (Dead Time Processor – DTP) von 4 kann mit Logikschaltungen, einem Mikrocontroller oder einem Mikroprozessor implementiert werden. Der DTP 20 steuert die Abtast- und Halteschaltung 28, stellt die Totzeit über die Totzeitmodulatoren 16 und 18 ein und verarbeitet das "bessere" Signal aus dem Ausgang des Entscheidungskomparators. Wenn das neue Signal (Dieses D) kleiner ist als die vorherige Signal (Letztes D), so ist die neue Totzeit "besser" (der Komparatorausgang ist hoch), und der DTP 20 speichert diesen neuen Totzeitwert. Andernfalls wird die neue verworfen, und die alte Totzeit wird wiederhergestellt. Nach dem Ändern der Totzeit wird eine Verzögerung benötigt, damit sich die Stromversorgungsrückkopplungsschaltung auf eine neue relative Einschaltdauer einschwingen kann. Viele Faktoren können diese Zeit beeinflussen, aber in der Praxis scheint eine Zeit von etwa dem 100-fachen der Schaltperiode der Stromversorgung gut zu funktionieren.
Obgleich es nicht notwendig ist, das Prinzip zu demonstrieren, mittelt der DTP 20 in der Praxis vorzugsweise mehrere Entscheidungen über einen relativ langen Zeitraum, bevor er zu einem endgültigen Schluss bezüglich einer bestimmten Totzeit gelangt, um Zuverlässigkeit zu erhalten und eine falsche Totzeiteinstellung infolge von Rauschen oder Übergangszuständen zu verhindern. Hunderte Abtastungen oder mehr sind wünschenswert. Dadurch wird praktisch die Auswirkung schneller Lastübergänge auf die relative Einschaltdauer der Stromversorgung herausgemittelt. Die gleiche Mittelwertbildungstechnik findet Anwendung, wenn ein anderes Mittel neben der relativen Einschaltdauer benutzt wird, um den Leistungsverlust zu ermitteln.
PLMDT kann unter Verwendung digitaler PWM- oder digitaler Signalverarbeitungsimplementierungen (Digital Signal Processing – DSP) implementiert werden, aber der Grundalgorithmus bleibt im Wesentlichen der gleiche.
5 zeigt den Grundalgorithmus, der mit einem digitalen Signalprozessor, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder einer Logikzustandsmaschine implementiert werden kann, um PLMDT zu implementieren. Sie zeigt im Wesentlichen auch ein Beispiel des Prozesses, der durch die Schaltung von 4 implementiert wird.
In 5 ist nur der Funktionsablauf für den Sync-Aus-Kanal gezeigt. Wie weiter unten beschrieben, ist der Funktionsablauf für den Sync-Ein-Kanal im Wesentlichen der gleiche. Wenn wir bei A beginnen und annehmen, dass die Sync-Aus-Verzögerung eingestellt wurde und das Ergebnis der vorherigen Totzeit war, dass der aus der letzten Totzeit resultierende Leistungsverlust zeigte, dass die letzte Abtastung besser war als die vorherige Abtastung, das heißt, zu einem niedrigeren Arbeitszyklus und somit zu einem geringeren Leistungsverlust führte, so erfolgt der Einstieg in den Funktionsablauf über "Ja" am Punkt A. Ein Testzähler, der bis "N" zählt, wird bei 50 inkrementiert. Der momentane Leistungsverlust wird abgetastet und bei 52 gespeichert. Die Totzeit wird um einen Schritt verkürzt oder verringert, wie bei 54 angedeutet. Das bedeutet, die Aus-Verzögerung wird erhöht, da die Totzeit verringert wird. Ob die Totzeit anfangs verringert oder verlängert wird, steht im freien Ermessen. Weil jedoch das Ziel darin besteht, die Leistungsverluste zu senken, und dieses Ziel dadurch erreicht wird, dass man die Totzeit verringert, wird die Totzeit vorzugsweise anfangs verringert. Im zweiten Teil (II) des Ablaufs von 5 wird die Totzeit verlängert, und die Totzeit, die zu dem geringeren Leistungsverlust führt, wird implementiert.
Es wird eine Verzögerung implementiert, damit sich die Stromversorgungsspannung einschwingen kann, wie bei 56 gezeigt. Der neue Leistungsverlust (nachdem die Totzeit geändert wurde) wird nun bei 58 mit dem alten Leistungsverlust verglichen. Der alte Leistungsverlust wurde aus dem vorherigen Schritt 52 gespeichert, wie bei 58A gezeigt. Wenn der neue Leistungsverlust geringer ist (wie zum Beispiel anhand des Arbeitszyklus' ermittelt), wie durch den Entscheidungsblock 60 angedeutet, so schreitet der Funktionsablauf zum Block 62 voran, wobei der "bessere" Zähler inkrementiert wird. Der "bessere" Zählwert verfolgt die Anzahl der Male, die der neue Leistungsverlust besser ist als der alte.
Wenn der neue Leistungsverlust bei Schritt 60 nicht bessere war als der alte Leistungsverlust, so wird der Zähler nicht inkrementiert. Der Funktionsablauf schreitet dann zu Entscheidungsblock 66 voran, um zu ermitteln, ob N Tests vollständig ausgeführt wurden. Wie oben besprochen, werden vorzugsweise mehrere Tests ausgeführt, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Wenn N Tests nicht vollständig ausgeführt wurden, so verläuft der Funktionsablauf über die Linie 69. Bei 71 wird die vorherige Totzeit wieder in Kraft gesetzt, und eine Verzögerung wird bei 73 implementiert, damit sich die Stromversorgung einschwingen kann, und der Testzähler wird bei 50 wieder inkrementiert, und der Vergleich wird wieder mit dem alten Leistungsverlust angestellt. Sobald N Tests vollständig ausgeführt wurden, erfolgt bei 68 der Ausstieg. Die Totzeit wurde zuletzt bei Schritt 54 implementiert. N Tests werden ausgeführt, um zu gewährleisten, dass die Vergleiche verlässlich sind, um zum Beispiel Rauschen oder Lastübergangszustände zu berücksichtigen, die einen Fehler verursachen würden, wenn nur ein einziger Test ausgeführt werden würde. Dank mehrerer Tests erhält man eine größere Genauigkeit und Verlässlichkeit.
Bei Schritt 68 wird eine Feststellung getroffen, ob N/2 + 1 der Tests besser waren, das heißt, ob der "bessere" Zähler zeigt, dass mehr als die Hälfte der vorgenommenen Tests einen besseren Leistungsverlust zeigten. Wenn das der Fall ist, so erfolgt der Einstieg über die Funktionsablauflinie 70 in den Teil II des Funktionsablaufs. Wenn N/2 + 1 Tests nicht besser waren, so wird die alte Totzeit bei 74 wieder in Kraft gesetzt, und eine Verzögerung wird bei 75 implementiert, bevor zu Schritt 76 vorangeschritten wird.
Bei Schritt 76 wird der Testzähler "N" wieder inkrementiert. Der momentane Leistungsverlust wird bei 78 gespeichert, und die Totzeit wird bei 80 um einen Schritt erhöht, wodurch die Sync-Aus-Verzögerung verringert wird. Bei 82 wird eine Verzögerung implementiert, damit sich die Stromversorgung einschwingen kann. Bei 84 wird der alte Leistungsverlust 84A, der bei Schritt 78 gespeichert wurde, mit dem neuen Leistungsverlust verglichen. Der alte Leistungsverlust ist bei 84A gezeigt. Bei Schritt 86 wird eine Feststellung getroffen, ob der neue Leistungsverlust mit der verlängerten Totzeit geringer ist. Wenn der neue Leistungsverlust geringer ist, so wird der "bessere" Zähler bei 88 inkrementiert. Wenn der neue Leistungsverlust nicht geringer ist, oder nach dem Inkrementieren des besseren Zählers bei 88, wird eine Überprüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob N Tests vollständig ausgeführt wurden. Wenn nicht, so wird über die Linie 93 zurückgegangen, und der Testzähler wird wieder bei 76 inkrementiert, und der Vergleich bei 84 wird erneut vorgenommen. Sobald bei Schritt 90 N Tests vollständig ausgeführt wurden, wird bei 92 eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, dass mehr der N Tests besser waren. Wenn das der Fall ist, so schreitet der Funktionsablauf zum Funktionsablauf des Sync-Ein-Kanals voran, der im Wesentlichen mit dem in 5 gezeigten Beispiel des Sync-Aus-Kanals identisch ist. Die Totzeitverzögerung des Sync-Ein-Kanals wird in der gleichen Weise verarbeitet wie in dem in 5 gezeigten Beispiel des Sync-Aus-Kanals. Dementsprechend findet in dem Sync-Ein-Kanal insofern ein ähnlicher Funktionsablauf statt, als der alte Leistungsverlust mit dem neuen Leistungsverlust – sowohl für eine Verringerung als auch für eine Verlängerung der Totzeit – verglichen wird, und wenn der Leistungsverlust besser ist, so wird die neue Totzeit beibehalten, und wenn nicht, so wird die alte Totzeit wiederhergestellt, im Wesentlichen in der Weise, wie es in dem in 5 gezeigten Beispiel des Sync-Aus-Kanals gezeigt ist.
Die PLMDT-Technik führt zu einer Optimierung der Totzeit. Jedoch sind die Ergebnisse ein Kompromiss auf der Basis durchschnittlicher Schaltungsbedingungen anstatt ein Optimum auf der Grundlage exakter augenblicklicher Betriebsbedingungen. Die im vorliegenden Text offenbarte Technik der Intelligenten Totzeit (Intelligent Dead Time – IDT) löst die "Geschwindigkeits"-Probleme, die mit PLMDT verbunden sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einstellen der Totzeit zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern einer Leistungskonverterschaltung bereitgestellt, die mit einem Versorgungspotenzial verbunden ist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Schaltung zum Überwachen eines Leistungskonverterschaltungsparameters und Bereitstellen eines Ausgangs entsprechend dem Schaltungsparameter; einen Speicher, der durch ein Signal adressiert wird, das zu dem Ausgang der Überwachungsschaltung in Beziehung steht, wobei in dem Speicher Werte gespeichert sind, die zu den Totzeiten in Beziehung stehen und Werten des Schaltungsparameters zugeordnet sind; einen Prozessor, der einen Ausgang des Speichers bereitstellt, der dem Wert des Schaltungsparameters zugeordnet ist, um die Totzeit entsprechend dem gespeicherten Wert in dem Speicher einzustellen, und eine Totzeitimplementierungsstufe zum Implementieren der Totzeit entsprechend dem Ausgang des Speichers.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zum Einstellen der Totzeit zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern einer Leistungskonverterschaltung, die mit einem Versorgungspotenzial verbunden ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Überwachen eines Leistungskonverterschaltungsparameters und Bereitstellen eines Ausgangs entsprechend dem Schaltungsparameter; Adressieren eines Speichers mit einem Signal, das zu dem Ausgang in Beziehung steht, und in dem Werte gespeichert sind, die zu den Totzeiten in Beziehung stehen und Werten des Schaltungsparameters zugeordnet sind; Bereitstellen eines Ausgangs des Speichers, der dem Wert des Schaltungsparameters zugeordnet ist, um die Totzeit entsprechend dem gespeicherten Wert in dem Speicher einzustellen, und Implementieren der Totzeit entsprechend dem Ausgang des Speichers.
Die Erfindung gilt sowohl für Schalter, die direkt mit dem Versorgungspotenzial verbunden sind, als auch für Topologien, bei denen die zwei Schalter durch einen Transformator getrennt sein können, wie zum Beispiel in synchronen Zusetz-, Sperr- oder Durchflusskonvertern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, im vorliegenden Text als intelligente Totzeit (Intelligent Dead Time – IDT) bezeichnet, wird die Totzeit in Reaktion auf sich verändernde Konverter- und Eingangsbedingungen unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder einer geeigneten Geschlossenform-Lösung verändert. In beiden Fällen wird ein Speicher verwendet, um die Totzeitwerte oder -koeffizienten für eine spätere Verwendung zu speichern. Wenn dieser Speicher während des Abschaltens beibehalten bleiben soll, so wird ein nicht-flüchtiger Speicher benötigt. Nachschlagetabellen können direkt gespeichert werden, aber für Geschlossenform-Lösungen können die Koeffizienten gespeichert werden.
In einer Implementierung kann eine Form von leistungsverlustminimierender Totzeit (Power Loss Minimizing Dead Time – PLMDT) (siehe die oben erwähnte gleichzeitig anhängige Patentanmeldung) verwendet werden, um die beste Totzeit im Verhältnis zu den Schaltungsbedingungen abzubilden. Dafür stehen verschiedene Optionen zur Verfügung.
Bei PLMDT wird die Totzeit so verändert, dass die Konverterleistungsverluste insgesamt minimiert werden. Es gibt verschiedene Mittel zum Überwachen von Leistungsverlusten, einschließlich des Überwachens von Kombinationen von Eingangs- und Ausgangsspannung und Strom. Wenn Eingangs- und Ausgangsspannung fest sind, so ist nur eine Stromüberwachung nötig, und wenn Mittelwertbildungstechniken angewendet werden, so braucht nur der Eingangsstrom gemessen zu werden. Das kosteneffektivste und bequemste Mittel ist jedoch die Verwendung der relativen Einschaltdauer des Steuerschalters als ein relatives Maß der Leistungsverluste. Wenn die Totzeit so eingestellt wird, dass die relative Einschaltdauer minimiert wird, so werden die Konverterleistungsverluste ebenfalls minimiert. In einer Implementierung wird der Fehlerverstärkerausgang anstelle der relativen Einschaltdauer benutzt. Dies ist möglich, weil das Fehlersignal der Modulationseingang in die PWM-Stufe ist. Folglich ist die relative PWM-Einschaltdauer proportional zur Fehlerspannung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden gespeicherte Totzeitwerte von der PLMDT verwendet, so dass in der Zukunft Leistungsverluste minimiert werden können, ohne die Zeit aufwenden zu müssen, gemäß der PLMDT-Technik in diesem Moment nach optimalen Werten zu suchen. Obgleich es bevorzugt ist, PLMDT zu verwenden, kommen auch andere Techniken zum Aktualisieren des gespeicherten Totzeitwertes in Frage.
Die gespeicherten Totzeitwerte können in der Entwurfsphase während der Prototypenherstellung festgelegt werden. Ein Vorteil dieser Option ist, dass die PLMDT-Schaltung nicht in der Endanwendung untergebracht werden müsste. Der Hauptnachteil ist, dass die Totzeitauswahlen eine erwartete Fertigungsvariabilität, Bauteiltoleranzen und Bauteilalterung umfassen müssten. Dies erzwingt konservativere Einstellungen, was zu suboptimalen Verlusten führt.
Wenn die PLMDT-Schaltung in die entworfene Produktanwendung integriert ist (in der Regel in die Ansteuerungs-ICs), so kann die Totzeit bei der Erstinbetriebnahme abgebildet werden. Das hat den Vorteil, dass Fertigungs- und Bauteiltoleranzen in die Totzeiteinstellungen aufgenommen werden. Der Nachteil ist, dass die Bauteilalterung nicht enthalten ist, so dass bei der Einstellung die Alterung berücksichtigt werden muss. Die Schaltung ist besser optimiert als die Designphasenkalibrierung, aber immer noch nicht ideal. Für die meisten Anwendungen mag es jedoch ausreichend sein.
Eine bevorzugte Lösung – vom Leistungsstandpunkt aus gesehen – ist, das Abbilden in periodischen Intervallen während der gesamten Lebensdauer der Produktanwendung ausführen zu lassen. Auf diese Weise können die optimalen Einstellungen, sobald sie gefunden sind, periodisch aktualisiert werden. Zum Beispiel kann das System periodisch PLMDT aufrufen, um neue, optimierte Werte festzulegen, die dann im Speicher gespeichert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, die auf die begleitenden Zeichnungen Bezug nimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)
Die Erfindung wird nun in der folgenden detaillierten Beschreibung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen ist Folgendes zu sehen:
1 ist ein Blockschaubild einer Ausführungsform einer Schaltungsimplementierung gemäß der Erfindung.
1A zeigt eine zweite Ausführungsform.
2 zeigt Wellenformen der Schaltung von 1 oder 1A.
3 ist ein Flussdiagramm eines Algorithmus', der in einer digitalen Implementierung der Erfindung implementiert ist.
4 zeigt eine Schaltung, die leistungsverlustminimierende Totzeit (Power Loss Minimizing Dead Time – PLMDT) implementiert, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden kann, um gespeicherte Totzeitwerte in dem Speicher zu aktualisieren.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Algorithmus' zum Implementieren von PLMDT.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Wenden wir uns wieder den Zeichnungen zu. 1 zeigt eine mögliche Implementierung einer Konverterschaltung, die das Verfahren der intelligenten Totzeit (Intelligent Dead Time – IDT) gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert. Es sind viele weitere Implementierungen möglich, weil das wesentliche Element der vorliegenden Erfindung ist, dass die optimale Totzeit über den gesamten Betriebsbereich der Stromversorgung hinweg "im Gedächtnis" behalten und bei Bedarf "in Erinnerung" zurückgerufen wird. Die von dem System überwachten Bedingungen ändern sich von einer Implementierung zur anderen, können aber die Eingangsspannung, den Ausgangsstrom (zum Beispiel den Synchronschalterstrom) und die MOSFET-Ansteuerungstemperatur beinhalten.
1 zeigt eine mögliche Implementierung der vorliegenden Erfindung, die digitale und analoge Schaltungen kombiniert. Es sind noch weitere möglich, und die meisten Blöcke und Funktionen lassen sich mit digitalen Schaltungen wie auch mit analogen Schaltungen implementieren.
1 zeigt eine Gleichstrom-Gleichstrom-Konverterschaltung, die so modifiziert wurde, dass sie die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, um die Totzeit auf intelligente Weise einzustellen, um die Leistungsverluste während der Totzeit zu minimieren. Vorzugsweise arbeitet die Schaltung periodisch mit PLMDT, um die Totzeiten zu optimieren und zu aktualisieren. Der Konverter enthält zwei Schalter, Q₁ und Q₂, in der Regel MOSFETs, die zwischen den Stromversorgungsknoten V_IN und Erde in Reihe geschaltet sind. Der gezeigte Konverter ist ein Absetzkonverter, aber die Erfindung eignet sich für jede Form von Schaltmodusstromversorgungen mit Synchrongleichrichtung.
Wie einschlägig bekannt ist, ist der geschaltete Knoten N eines Absetzkonverters über einen Ausgangsinduktor L mit der Last verbunden. Ein Ausgangskondensator C ist mit der Last verbunden. Das Gatter jedes Schalters Q₁ und Q₂ ist über schematisch gezeigte Gatteransteuerschaltungen 2 und 4 und die jetzt zu beschreibenden Zusatzschaltungen mit impulsbreitenmodulierten (Pulse Width Modulated – PWM) Signalen (Steuerung bzw. Synchronisation) von einer PWM-Steuerung 12 verbunden. Da die Gatteransteuersignale komplementär sind, ist ein Inverter 6 schematisch in einem der Gatteransteuerkanäle gezeigt. Wie einschlägig bekannt ist, fungiert in einem Absetzkonverter der Schalter Q₁ als der Steuerschalter, und der Schalter Q₂ fungiert als ein Synchrongleichrichter.
Das PWM-Signal 10 wird in bekannter Weise durch die PWM-Steuerung 12 erzeugt. Das PWM-Signal 10 wird durch den Festverzögerungsblock 14 verzögert. Dadurch wird es ermöglicht, dass der programmierbare Totzeitbereich sowohl positive als auch negative Totzeitwerte enthält. Die Aus-Zeit und Ein-Zeit des Gattersignals des Synchronschalters Q₂ wird variiert, wie in 2 gezeigt, wodurch sich der betrag der Totzeit ändert. Die Sync-Ein-Verzögerung wird zum Beispiel über einen 4-Bit-Totzeitmodulator 16 implementiert, der zum Beispiel einen Zähler, eine abgegriffene analoge oder digitale Verzögerungsleitung oder eine monostabile Schaltung umfassen kann. Gleichermaßen wird die Sync-Aus-Verzögerung durch einen ähnlichen Modulator 18 implementiert. Sie werden unabhängig durch den Totzeitprozessor 20A programmiert und gestatten eine unabhängige Einstellung der Sync-Ein- und Sync-Aus-Verzögerungszeit.
In dem Beispiel von 1 wird der Ausgang eines 3-Bit-A/D-Wandlers 15, der den Strom im Transistor Q2 überwacht, verwendet, um direkt einen Speicher 23 zu adressieren, der Teil des Prozessors 20A sein kann, der die Totzeiteinstellungen für jeden der 8 möglichen Strompegel enthält, die durch die 3 Bits bestimmt werden. Obgleich ein 3-Bit-Konverter gezeigt ist, kann auch ein Konverter verwendet werden, der eine höhere Auflösung, d. h. mehr Bits, aufweist. Der Zähler 25 wird normalerweise als ein Zwischenspeicher verwendet und wird mit Speicherinhalt geladen, der an die Totzeitmodulatoren 16 und 18 zu übertragen ist. Diese Modulatoren arbeiten wie oben beschrieben, um die Totzeit zu implementieren, und sind die gleichen wie die Modulatoren, die in der PLMDT-Technik verwendet werden.
1 zeigt, wie der Q2-Strom durch Erfassen des Stromes in einem parallel geschalteten Schalter S1 überwacht wird, bei dem es sich um einen Transistorschalter handeln kann, der einen geringeren Strom transportiert und dessen Strom eine festgelegte Beziehung zu dem Strom in Q2 aufweist. Der Schalter S1 implementiert eine Abtast- und Halteschaltung und hält potenziell schädliche Spannung von dem A/D-Wandler 15 während einer kontinuierlichen FET-Ein-Zeit fern. Es sind auch andere Stromerfassungslösungen möglich. Zum Beispiel kann ein einfacher Lesewiderstand RS in Reihe mit den Ausgangsschaltern Q1 und Q2 (siehe 1A) oder die durchschnittliche Gleichspannung V_DC am Induktor L (siehe 1A) als ein Stromindikator verwendet werden.
2 zeigt Wellenformen der Schaltung von 1. Das PWM-Signal 10 ist wie gezeigt. Das Signal STEUERUNG wird durch die feste Verzögerung des Verzögerungsmoduls 14 verzögert. Das Signal SYNC, das an das Gatter des Synchronschalters Q₂ angelegt wird, hat eine variable Sync-Aus-Verzögerung und eine variable Sync-Ein-Verzögerung, wie oben beschrieben, wodurch die Totzeit zwischen den Signalen STEUERUNG und SYNC bestimmt wird. Die Sync-Aus-Verzögerung wird durch den DTP 20A und als ein digitales 4-Bit-Signal in den Modulator 18 eingespeist. Der Ausgang vom Modulator 18 wird in den D-Flipflop 30 eingespeist, der, wenn er sich einstellt, den D-Flipflop 32 löscht und damit den Schalter Q₂ mit der variablen Verzögerung ausschaltet. Gleichermaßen schaltet der Modulator 16 den Schalter Q₂ durch Einstellen des D-Flipflops 32 auf die ausgewählte variable Ein-Verzögerung ein. Wenn der Ausgang des Flipflops 32 hoch ist, so wird der Schalter Q₂ eingeschaltet. Wenn der Ausgang des Flipflops 32 niedrig wird, so löscht er den Flipflop 30, so dass der Flipflop 30 bereit ist, sich bei der nächsten Sync-Aus-Verzögerung gemäß Bestimmung durch den Modulator 18 einzustellen. Die feste Verzögerung 14 in dem Steuerkanal verzögert das STEUERUNG-PWM-Signal um einen genügenden Zeitbetrag, so dass die Modulatoren 16 und 18 praktisch sowohl positive als auch negative Totzeiten in dem Synchronkanal implementieren können, so dass es praktisch möglich ist, das synchrone Einschalten und Ausschalten entweder zu verzögern oder nach vorn zu verlagern, so wie es benötigt wird, um die gewählte Totzeit zu erreichen.
Der Totzeitprozessor 20A implementiert vorzugsweise einen PLMDT-Algorithmus über ein Modul 27, wie oben und in der oben erwähnten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung beschrieben. Das PLMDT-Modul 27 erhält ein Signal, das dem Leistungsverlust entspricht, von der Leistungsverlustdetektionsschaltung 40.
Vorzugsweise überwacht die Schaltung die relative Einschaltdauer des PWM-Signals, wie gezeigt, obgleich statt dessen auch andere Parameter überwacht werden können. Die Schaltung 40 kann zum Beispiel Elemente 22 und 24 von 4 umfassen, die ein Signal bereitstellen, das zu der relativen Einschaltdauer und somit zu dem Leistungsverlust, der mit jeder Totzeit verbunden ist, proportional ist. In einer weiteren Implementierung kann der Leistungsverlust durch Überwachen des Fehlerverstärkerausgangs der PWM-Schaltung als ein Indikator der relativen Einschaltdauer festgestellt werden. Dies ist in 1A für eine Schaltung gezeigt, die PLMDT implementiert. Der Ausgang des Fehlerverstärkers 11 kann als ein Indikator der relativen Einschaltdauer und somit des Leistungsverlusts verwendet werden. Dies ist möglich, weil das Fehlersignal der Modulationseingang in die PWM-Stufe ist. Folglich ist die relative PWM-Einschaltdauer proportional zur Fehlerspannung. Das PLMDT-Modul 27 führt die notwendigen Schritte des PLMDT-Algorithmus' aus, um die optimale Totzeit zu bestimmen, wenn er aufgerufen wird, was vorzugsweise periodisch geschieht. Das PLMDT-Modul 27 kann eine Kombination aus digitalen, analogen und Software-Funktionen sein, wie es oben in Bezug auf die Besprechung der PLMDT beschrieben wurde.
Der PLMDT-Algorithmus wird vorzugsweise periodisch implementiert. In einem solchen Fall kann der Zähler 25 verwendet werden, um Totzeitwerte (Dead Time – DT) – einen oberhalb und einen unterhalb des im Speicher gespeicherten Wertes – zu testen, um festzustellen, ob einer geringere Verluste als die momentane DT-Einstellung hat.
3 zeigt einen grundlegenden Betriebsablauf für IDT.
Wie in 3 dargestellt, wird bei Schritt 100 der Strom in Q2 erfasst, wenn Q2 eingeschaltet wird. Der Speicher 23 wird bei Schritt 110 durch den Ausgang des A/D-Wandlers 15 adressiert, der einen digitalen Wert der erfassten Schaltung ausgibt. Der Inhalt des Speichers 23 entspricht der Totzeit (Sync-Ein-Verzögerung und Sync-Aus-Verzögerung) für den entsprechenden abgebildeten Wert des Q2-Stroms. Der Zähler 25 wird bei 120 mit dem Inhalt des IDT-Speichers beladen. Der Ausgang des Zählers 25 wird bei 130 aktiviert, um einen neuen DT-Wert (Sync-Ein-Verzögerung und Sync-Aus-Verzögerung) in die Modulatoren 16 und 18 einzuspeisen.
Q2 wird dann im richtigen Moment in dem PWM-Zyklus gemäß Bestimmung durch die Sync-Aus-Verzögerung ausgeschaltet (140). Es wird dann bei 150 eine Überprüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob PLMDT zu implementieren ist. Wenn nicht, so wird an den Anfang der Schleife zurückgekehrt, und Q2 wird wieder eingeschaltet, und die Schleife wird wiederholt. Wenn es bei 150 Zeit ist, PLMDT (vorzugsweise periodisch) zu implementieren, dann wird der PLMDT-Algorithmus 27 des Prozessors 20A implementiert, und der IDT-Speicher wird mit den neuen, besseren leistungsverlustminimierenden Totzeiten (für den erfassten Q2-Strom) aktualisiert, um in den nächsten Zyklen verwendet zu werden, bis PLMDT wieder implementiert wird. In einer Implementierung werden Totzeitwerte oberhalb und unterhalb des im Speicher gespeicherten Wertes getestet, indem über den Zähler 25 ein Wert nach unten und ein Wert nach oben gezählt wird, um festzustellen, welcher besser ist.
IDT ist in der Lage, DT-Werte stromversorgungszyklusweise zu ändern. Darum sind mit seinem Betrieb keine Lastübergangsprobleme verbunden. Andererseits muss, wenn PLMDT periodisch aufgerufen wird, aufgepasst werden, dass die gespeicherten DT-Werte tatsächlich diejenigen sind, die dem richtigen Strom entsprechen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass PLMDT am besten in der Weise ausgeführt wird, dass man gemittelte Ergebnisse über den zweistelligen Millisekundenbereich hinweg verwendet.
Ein Verfahren, dies zu bewerkstelligen, ist die Verwendung der PLMDT-Schaltung zum Abbilden optimaler Totzeiten beim ersten Einschalten der Stromversorgung. Die Werte können in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden, um sie über die gesamte Lebensdauer der Stromversorgung zu verwenden. Dies würde dadurch unterstützt werden, dass man während der ersten Inbetriebnahme eine genau definierte Last an die Stromversorgung anlegt und dann diese Last schrittweise durch den gesamten Bereich der Ströme hindurchschaltet.
Gemäß der Erfindung wird die Totzeitsteuerung optimiert, um die Leistungsverluste zu minimieren, jedoch ohne Zeit darauf verwenden zu müssen, die richtige Totzeit zu suchen. Durch Nutzen des Endergebnisses, das heißt, des Leistungsverlustes, zum Einstellen der Totzeit anstelle von Wellenflanken oder der Synchronschalterleitungsspannung werden potenzielle Quellen zusätzlicher Leistungsverluste umgangen. Es ist nicht erforderlich, die relative Bedeutung eines geringfügigen Überkreuzleitens im Verhältnis zu einer Verringerung der Synchronschaltersperrverzögerungsverluste zu kennen, weil immer der geringste Leistungsverlust genommen wird.
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand konkreter Ausführungsformen beschrieben wurde, fallen dem Fachmann noch weitere Variationen und Modifikationen und weitere Verwendungszwecke ein. Darum ist die vorliegende Erfindung nicht durch die konkrete Offenbarung im vorliegenden Text beschränkt, sondern nur durch die angehängten Ansprüche.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Vorrichtung zum Einstellen der Totzeit zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern einer Leistungskonverterschaltung, die mit einem Versorgungspotenzial verbunden ist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Schaltung zum Überwachen eines Leistungskonverterschaltungsparameters und Bereitstellen eines Ausgangs entsprechend dem Schaltungsparameter; einen Speicher, der durch ein Signal adressiert wird, das zu dem Ausgang der Überwachungsschaltung in Beziehung steht, wobei in dem Speicher Werte gespeichert sind, die zu den Totzeiten in Beziehung stehen und Werten des Schaltungsparameters zugeordnet sind; einen Prozessor, der einen Ausgang des Speichers bereitstellt, der dem Wert des Schaltungsparameters zugeordnet ist, um die Totzeit entsprechend dem gespeicherten Wert in dem Speicher einzustellen, und eine Totzeitimplementierungsstufe zum Implementieren der Totzeit entsprechend dem Ausgang des Speichers.

Claims

Vorrichtung zum Einstellen der Totzeit zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern einer Leistungskonverterschaltung, die über ein Versorgungspotenzial verbunden sind, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Schaltung zum Überwachen eines Leistungskonverterschaltungsparameters und Bereitstellen eines Ausgangs entsprechend dem Schaltungsparameter; einen Speicher, der durch ein Signal adressiert wird, das zu dem Ausgang der Überwachungsschaltung in Beziehung steht, wobei in dem Speicher Werte gespeichert sind, die zu den Totzeiten in Beziehung stehen und Werten des Schaltungsparameters zugeordnet sind; einen Prozessor, der einen Ausgang des Speichers bereitstellt, der dem Wert des Schaltungsparameters zugeordnet ist, um die Totzeit entsprechend dem gespeicherten Wert in dem Speicher einzustellen, und eine Totzeitimplementierungsstufe zum Implementieren der Totzeit entsprechend dem Ausgang des Speichers.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei des Weiteren der Prozessor eine Anordnung zum Aktualisieren der in dem Speicher gespeicherten Werte zu ausgewählten Zeiten zum Minimieren von Leistungsverlusten während einer Totzeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die in dem Speicher gespeicherten Werte während dem Aufbau der Konverterschaltung darin gespeichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicher eine Nachschlagetabelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die in dem Speicher gespeicherten Werte darin gespeichert werden, wenn die Konverterschaltung zum ersten Mal an eine Last angeschlossen wird und Leistung an die Konverterschaltung angelegt wird, wodurch die Werte in dem Speicher gespeichert werden, indem die Werte über einen Betriebsbereich der Konverterschaltung hinweg auf den Schaltungsparameter abgebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schaltungsparameter Strom durch einen der Schalter, die Eingangsspannung in die Leistungskonverterschaltung oder die Temperatur von wenigstens einem der Schalter umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei einer der Schalter ein Synchrongleichrichter ist und der Schaltungsparameter den Strom durch den einen Schalter umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Überwachungsschaltung eine Stromerfassungsschaltung zum Überwachen des Stroms durch den einen Schalter umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Stromerfassungsschaltung einen Lesewiderstand in Reihe mit den Schaltern oder eine Schaltung, welche die durchschnittliche Gleichspannung an einem Ausgangsinduktor der Leistungskonverterschaltung verwendet, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Stromerfassungsschaltung einen zweiten Schalter umfasst, der mit dem einen Schalter parallel geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Überwachungsschaltung einen A/D-Wandler umfasst, um einen digitalen Wert bereitzustellen, der dem Schaltungsparameter entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei des Weiteren der A/D-Wandler einen Ausgang zum Adressieren des Speichers bereitstellt, wodurch der Speicher einen Wert erzeugt, welcher der darin gespeicherten Totzeit zugeordnet ist und dem Schaltungsparameter entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, die des Weiteren eine Zwischenspeicherschaltung zum Übermitteln des Wertes aus dem Speicher an die Totzeitimplementierungsstufe umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Zwischenspeicherschaltung einen Aufwärts-Abwärts-Zähler umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Prozessor eine Anordnung zum Aktualisieren der in dem Speicher gespeicherten Werte zu ausgewählten Zeiten umfasst, wodurch Leistungsverluste während einer Totzeit minimiert werden, und wobei der Zähler aufwärts und abwärts unter den Wert aus dem Speicher zählt, um zu bestimmen, ob ein Wert oberhalb oder unterhalb des Wertes aus dem Speicher zu einem geringeren Leistungsverlust führt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die des Weiteren eine Schaltung zum Bereitstellen eines Wertes entsprechend dem Leistungsverlust für die implementierte Totzeit an den Prozessor umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anordnung zum Aktualisieren der in dem Speicher gespeicherten Werte eine Anordnung zum Ermitteln des Leistungsverlustes, der mit der Totzeit verbunden ist, und Minimieren des Leistungsverlustes, der mit der Totzeit verbunden ist, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Anordnung zum Bestimmen des Leistungsverlusts den Arbeitszyklus eines PWM-Signals überwacht, das an wenigstens einen der zwei Schalter angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Anordnung zum Bestimmen des Leistungsverlusts einen Fehlersignalausgang überwacht, der einen Modulationseingang in eine Schaltung zum Erzeugen eines PWM-Signals darstellt, das an wenigstens einen der zwei Schalter angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Anordnung die Werte in dem Speicher periodisch aktualisiert.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Totzeitimplementierungsstufe ein variables Ausschalten eines Steuersignals zu einem der Schalter und ein variables Ausschalten des Steuersignals zu dem einen der Schalter implementiert.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der eine der Schalter eine Synchrongleichrichtungsfunktion ausführt und der andere Schalter ein Steuerschalter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Anordnung umfasst: ein Modul, welches das impulsbreitenmodulierte Signal zu ausgewählten Zeitpunkten entsprechend der ersten und der zweiten Totzeit abtastet; und einen Prozessor zur zeitlichen Steuerung der Abtastung.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Totzeitimplementierungsstufe eine erste und eine zweite variable Verzögerungsschaltung umfasst, die durch den Prozessor gesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die erste und die zweite variable Verzögerungsschaltung digitale Eingänge aus dem Prozessor empfangen, welche die Dauer der Verzögerungszeit beim Einschalten und Ausschalten des einen der Schalter auswählen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anordnung die Totzeit durch Verändern einer variablen Einschaltverzögerung ändert und einen ausgewählten Parameter nach der Änderung überwacht, um zu bestimmen, ob der Leistungsverlust geringer ist, und wenn er geringer ist, die Einschaltverzögerung implementiert, und wenn der Leistungsverlust nicht geringer ist, die vorherige Einschaltverzögerung wiederherstellt, und wobei des Weiteren die Anordnung die Totzeit durch Verändern einer variablen Ausschaltverzögerung ändert und den ausgewählten Parameter nach der Änderung überwacht, um zu bestimmen, ob der Leistungsverlust geringer ist, und wenn er geringer ist, die Ausschaltverzögerung implementiert, und wenn der Leistungsverlust nicht geringer ist, die vorherige Ausschaltverzögerung wiederherstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Anordnung jeweilige erste und zweite Signale an die Totzeitimplementierungsstufe übermittelt, um eine Ausschaltverzögerung und eine Einschaltverzögerung eines Steuersignals an einen der Schalter auszuwählen, bevor das Steuersignal für die Steuerung des anderen der Schalter ein- bzw. ausgeschaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 27, die des Weiteren eine Festverzögerungsstufe zum Verzögern des Steuersignals für die Steuerung des anderen der Schalter umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Festverzögerungsstufe es der Totzeitimplementierungsstufe ermöglicht, positive und negative Beträge der Totzeit zu implementieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder eine Logikschaltung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zwei Schalter Halbleiterschalter umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die zwei Schalter MOSFETs umfassen.
Verfahren zum Einstellen der Totzeit zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern einer Leistungskonverterschaltung, die mit einem Versorgungspotenzial verbunden ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Überwachen eines Leistungskonverterschaltungsparameters und Bereitstellen eines Ausgangs entsprechend dem Schaltungsparameter; Adressieren eines Speichers mit einem Signal, das zu dem Ausgang in Beziehung steht, und in dem Werte gespeichert sind, die zu den Totzeiten in Beziehung stehen und Werten des Schaltungsparameters zugeordnet sind; Bereitstellen eines Ausgangs des Speichers, der dem Wert des Schaltungsparameters zugeordnet ist, um die Totzeit entsprechend dem gespeicherten Wert in dem Speicher einzustellen, und Implementieren der Totzeit entsprechend dem Ausgang des Speichers.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren das Aktualisieren der in dem Speicher gespeicherten Werte zu ausgewählten Zeiten zum Minimieren von Leistungsverlusten während einer Totzeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren das Speichern der Werte in dem Speicher während dem Aufbau der Konverterschaltung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren das Speichern der Werte in einer Nachschlagetabelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, das des Weiteren das Speichern der Werte in dem Speicher umfasst, wenn die Konverterschaltung zum ersten Mal an eine Last angeschlossen wird und Leistung an die Konverterschaltung angelegt wird, wodurch die Werte in dem Speicher gespeichert werden, indem die Werte über einen Betriebsbereich der Konverterschaltung hinweg auf den Schaltungsparameter abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schaltungsparameter Strom durch einen der Schalter, die Eingangsspannung in die Leistungskonverterschaltung oder die Temperatur von wenigstens einem der Schalter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei einer der Schalter ein Synchrongleichrichter ist und der Schaltungsparameter den Strom durch den einen Schalter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt des Überwachens das Überwachen des Stroms durch den einen Schalter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei der Schritt des Überwachens das Erfassen von Strom durch einen Lesewiderstand in Reihe mit den Schaltern oder das Verwenden der durchschnittlichen Gleichspannung an einem Ausgangsinduktor der Leistungskonverterschaltung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt des Überwachens das Bereitstellen eines digitalen Wertes entsprechend dem Schaltungsparameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 42, das des Weiteren das Bereitstellen des digitalen Wertes zum Adressieren des Speichers umfasst, wodurch der Speicher einen Wert erzeugt, der in ihm gespeichert ist und der Totzeit zugeordnet ist und dem Schaltungsparameter entspricht.
Verfahren nach Anspruch 43, die des Weiteren das Aktualisieren der in dem Speicher gespeicherten Werte zu ausgewählten Zeiten umfasst, wodurch Leistungsverluste während einer Totzeit minimiert werden, und des Weiteren das Zählen aufwärts und abwärts unter den Wert aus dem Speicher umfasst, um zu bestimmen, ob ein Wert oberhalb oder unterhalb des Wertes aus dem Speicher zu einem geringeren Leistungsverlust führt.
Verfahren nach Anspruch 44, das des Weiteren das Bestimmen eines Wertes entsprechend dem Leistungsverlust für die implementierte Totzeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des Aktualisierens der in dem Speicher gespeicherten Werte das Bestimmen des Leistungsverlusts, der mit der Totzeit verbunden ist, und das Minimieren der Leistungsverluste, die mit der Totzeit verbunden sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei der Schritt des Bestimmens des Leistungsverlustes das Überwachen des Arbeitszyklus' eines PWM-Signals umfasst, das an wenigstens einen der zwei Schalter angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei der Schritt des Bestimmens des Leistungsverlustes das Überwachen eines Fehlersignalausgangs umfasst, der einen Modulationseingang in eine Schaltung zum Erzeugen eines PWM-Signals darstellt, das an wenigstens einen der zwei Schalter angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei der Schritt des Aktualisierens das periodische Aktualisieren von Werten in dem Speicher umfasst.
Verfahren nach Anspruch 49, wobei der Schritt des Implementierens der Totzeit das Implementieren eines variablen Ausschaltens eines Steuersignals zu einem der Schalter und ein variables Einschalten des Steuersignals zu dem einen der Schalter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 50, wobei der eine der Schalter eine Synchrongleichrichtungsfunktion ausführt und der andere Schalter ein Steuerschalter ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des Aktualisierens der im Speicher gespeicherten Werte umfasst: Ändern der Totzeit durch Ändern einer variablen Einschaltverzögerung und Überwachen eines ausgewählten Parameters nach der Änderung, um zu bestimmen, ob der Leistungsverlust geringer ist, und wenn er geringer ist, Implementieren der Einschaltverzögerung, und wenn der Leistungsverlust nicht geringer ist, Wiederherstellen der vorherigen Einschaltverzögerung; und des Weiteren umfasst: Ändern der Totzeit durch Ändern einer variablen Ausschaltverzögerung und Überwachen des ausgewählten Parameter nach der Änderung, um zu bestimmen, ob der Leistungsverlust geringer ist, und wenn er geringer ist, Implementieren der Ausschaltverzögerung, und wenn der Leistungsverlust nicht geringer ist, Wiederherstellen der vorherigen Ausschaltverzögerung.
Vorrichtung zum Minimieren von mit einer Totzeit verbundenen Leistungsverlusten zwischen EIN-Zeiten von zwei in Reihe geschalteten Schaltern eines Leistungskonverters, der mit einem Versorgungspotenzial verbunden ist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Steuerungsanordnung zum Überwachen eines ausgewählten Parameters, der dem Leistungsverlust zugeordnet ist, während der Totzeit des Konverters; wobei die Steuerungsanordnung die Totzeit von einer ersten Totzeit zu einer zweiten Totzeit ändert, und den Leistungsverlust, der dem ausgewählten Parameter zugeordnet ist, für die erste und die zweite Totzeit vergleicht, und bestimmt, welcher der Leistungsverluste, die mit den zwei Totzeiten verbunden sind, geringer ist; eine Totzeitimplementierungsstufe zum Implementieren der zwei Totzeiten; und wobei die Steuerungsanordnung die Totzeit auswählt, die dem geringeren Leistungsverlust zugeordnet ist, und ein Signal in die Totzeitimplementierungsstufe zum Einstellen der ausgewählten Totzeit einspeist, und wobei der ausgewählte Parameter einen Fehlersignalausgang von einem Fehlerverstärker umfasst, der einen Modulationseingang in eine Schaltung zum Erzeugen eines PWM-Signals darstellt, das an wenigstens einen der Schalter angelegt wird.