DE112009001370T5

DE112009001370T5 - Leistungsversorgung mit Standby-Leistung

Info

Publication number: DE112009001370T5
Application number: DE112009001370T
Authority: DE
Inventors: Sam Seiichiro Saratoga Ochi
Original assignee: ASIC Advantage Inc
Current assignee: Microsemi Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2011-04-28
Also published as: US20090295228A1; KR20110017886A; WO2009154985A3; WO2009154985A2; US8143748B2

Abstract

Leistungsversorgung, aufweisend:
ein Schaltsteuerungsmodul, das betreibbar ist, um ein Lastschaltsignal und ein Hilfsschaltsignal zu erzeugen, wobei:
das Lastschaltsignal Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Lastschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die eine Ladedauer definiert, wobei ein erster Teil der Ladedauer als eine Funktion einer Betriebslastleistung definiert ist, und ein zweiter Teil der Ladedauer als eine Funktion einer Betriebshilfsleistung definiert ist; und
das Hilfsschaltsignal Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Hilfsschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die durch den zweiten Teil der Ladedauer definiert ist;
ein Lastleistungsmodul, das kommunikativ mit dem Schaltsteuerungsmodul gekoppelt ist, und betreibbar ist, um Ausgangslastleistung als eine Funktion eines Eingangsleistungssignals und dem Lastschaltsignal zu erzeugen, so dass die Ausgangslastleistung während des ersten Teils der Ladedauer erzeugt wird; und
ein Hilfsleistungsmodul, das kommunikativ mit dem Schaltsteuerungsmodul gekoppelt ist, und betreibbar ist, um eine Ausgangshilfsleistung als eine Funktion des Eingangsleistungssignals, dem Lastschaltsignal und dem Hilfsschaltsignal zu erzeugen, so...

Description

Kreuzreferenzen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der gleichzeitig anhängigen US Provisional Patent Application Nr. 61/056,109, eingereicht am 27. Mai 2008, mit dem Titel „POWER SUPPLY WITH STANDBY POWER” (Anwaltsregister-Nr. 027342-000800US) und der gleichzeitig anhängigen US Provisional Patent Application Nr. 61/056112, eingereicht am 27. Mai 2008, mit dem Titel „POWER SUPPLY WITH INTEGRATED SWITCHING DEVICE” (Anwaltsregister-Nr. 027342-000900US), die hiermit beide durch Bezugnahme für alle Zwecke eingefügt werden, als wenn sie in diesem Dokument vollständig dargelegt würden.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungsschaltkreise im Allgemeinen und im Besonderen auf Schaltleistungsversorgungsschaltkreise.
Viele elektronische Anwendungen verwenden Schaltnetzteile, um Netzleitungsspannung (zum Beispiel 110 Volt, 60 Hertz, Wechselspannung) in eine gewünschte Anwendungsspannung (zum Beispiel 12 Volt, Gleichspannung) umzuwandeln. Üblicherweise kann das Schaltnetzteil die Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Umwandlung durchführen, indem sie diverse Wandler verwendet, um Schaltkomponenten zu steuern. Da die Wandler Leistung benötigen, um zu arbeiten, kann es notwendig sein, sie ernergetisiert zu lassen, wenn die Anwendung, die mit Leistung versorgt wird, „ab” geschaltet ist, indem ein sogenannter „Standby”-Modus bereitgestellt wird. Die Leistung, die durch die Elektronikanwendung während ihrem Modus für niedrigsten Leistungsverbrauch (zum Beispiel in ihrem Standby-Modus) verbraucht wird, wird oft als ihr „Standby-Leistungs”-Verbrauch bezeichnet.
In vielen Anwendungen kann es wünschenswert sein, den Leistungsverbrauch im Standby-Modus zu reduzieren, während es immer noch möglich ist, adäquate Leistung zum Verbrauch bereitzustellen, wenn sie „an” geschaltet sind. Um dies zu erreichen, stellen manche Leistungsversorgungen Hilfsleistungskomponenten bereit. Im Standby-Modus können die Leistungsversorgungen bzw. Netzteile gerade genug Leistung ziehen, um einen Wandler zu speisen; aber wenn sie „an” ist, kann die Leistungsversorgung ihre Ausgangsleistung in einen Hilfsleistungsschaltkreis zurückführen, um den Wandler aufrechtzuerhalten.
Eine Anzahl von Techniken ist in der Technik verfügbar, um Hilfsleistung bereitzustellen. Allerdings fügen diese Techniken üblicherweise Kosten und/oder Komplexität zu dem Schaltkreis hinzu, beispielsweise durch Verwenden relativ teurer Leistungskomponenten wie zusätzlichen Transformatorwicklungen. Von daher kann es wünschenswert sein, Leistungsversorgungen bereitzustellen, die betreibbar sind, um Hilfsleistung mit niedrigem Standby-Leistungsverbrauch zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG
Unter anderem werden Verfahren, Systeme und Vorrichtungen für Hilfsleistung mit niedrigem Standby-Leistungsverbrauch beschrieben. Schaltleistungswandler weisen üblicherweise ein Schaltleistungselement (zum Beispiel einen Energietransistor) auf, das durch einen Schaltwandler (der zum Beispiel einen Gatetreiber aufweist) angesteuert wird. Der Leistungsausgang des Schaltleistungswandlers kann eine Funktion des Schaltsignals sein, dass durch den Schaltwandler bereitgestellt wird. Beispielsweise kann ein pulsweitenmoduliertes („PWM”) Signal verwendet werden, um das Schaltleistungselement anzusteuern, und der Ausgang des Schaltwandlers kann durch Anpassen der Frequenz und/oder des Arbeitszyklus des PWM-Signals angepasst werden. Manche Ausführungsformen implementieren Zykluserweiterungstechniken, um einen Teilbereich des PWM-Signals effektiv auszudehnen, um zusätzliche Ladung zu erzeugen. Andere Ausführungsformen implementieren Zyklusabbruchstechniken, um effektiv Ladung von einem Teilbereich des PWM-Zyklus zu stehlen, um zusätzliche Ladung zu erzeugen. In beiden Arten von Ausführungsformen kann die zusätzliche Ladung verwendet werden, um einen oder mehrere Hilfsleistungseinheiten mit Energie zu versorgen. Die Hilfsleistungseinheit(en) kann dann verwendet werden, um den Schaltwandler anzusteuern und/oder Leistungsquellen für andere interne oder externe Komponenten bereitzustellen.
In einer Menge an Ausführungsformen wird eine Leistungsversorgung bereitgestellt. Die Leistungsversorgung bzw. das Netzteil weist ein Schaltwandlermodul auf, das betreibbar ist, um ein Lastschaltsignal und ein Hilfsschaltsignal zu erzeugen. Das Lastschaltsignal weist Impulse auf, wobei jeder Impuls des Lastschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die eine Ladungsdauer definiert, wobei ein erster Teilbereich der Ladungsdauer als eine Funktion einer Betriebslastleistung definiert ist und ein zweiter Teilbereich der Ladungsdauer als eine Funktion einer Betriebshilfsleistung definiert ist. Das Hilfsschaltsignal weist Impulse auf, wobei jeder Impuls des Hilfsschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die durch den zweiten Teilbereich der Ladungsdauer definiert ist. Die Leistungsversorgung weist des Weiteren ein Lastleistungsmodul auf, das kommunikativ mit dem Schaltwandlermodul verbunden ist, und betreibbar ist, um Ausgangslastleistung als eine Funktion eines Eingangsleistungssignals und des Lastschaltsignals zu erzeugen, so dass die Ausgangslastleistung während des ersten Teilbereichs der Ladungsdauer erzeugt wird; und ein Hilfsleistungsmodul, das kommunikativ mit dem Schaltwandlermodul verbunden ist und betreibbar ist, um Ausgangshilfsleistung als eine Funktion des Eingangsleistungssignals, des Lastschaltsignals und des Hilfsschaltsignals zu erzeugen, so dass die Ausgangshilfsleistung während des zweiten Teilbereichs der Ladungsdauer erzeugt wird.
In einer anderen Menge an Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Versorgen mit Leistung bereitgestellt. Das Verfahren weist Erzeugen eines Ladungszyklus für ein Leistungswandlermodul, wobei der Ladezyklus eine Ladedauer aufweist; Laden eines ersten Leistungsuntersystems während eines ersten Teilbereichs der Ladedauer unter Verwendung des Leistungswandlermoduls; Laden eines zweiten Leistungsuntersystems während eines zweiten Teilbereichs der Ladedauer unter Verwendung des Leistungswandlermoduls; Ausgeben einer Ausgangslastleistung unter Verwendung des ersten Leistungsuntersystems; und Ausgeben einer Ausgangshilfsleistung unter Verwendung des zweiten Leistungsuntersystems auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein weiteres Verständnis der Natur und Vorteile der vorliegenden Erfindung kann mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erkannt werden. In den angehängten Figuren können ähnliche Komponenten oder Merkmale dasselbe Bezugszeichen aufweisen. Des Weiteren können verschiedene Komponenten derselben Art unterschieden werden, indem das Bezugszeichen von einem Bindestrich gefolgt wird und einem zweiten Bezugszeichen, das zwischen den ähnlichen Komponenten unterscheidet. Wenn nur das erste Bezugszeichen in der Beschreibung verwendet wird, ist die Beschreibung auf jede der ähnlichen Komponenten, die dasselbe erste Bezugszeichen aufweisen, anwendbar, unabhängig von dem zweiten Bezugszeichen.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer beispielhaften Schaltleistungsversorgung.
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Schaltleistungsversorgung mit einer Hilfsleistungseinheit.
3 stellt eine beispielhafte Menge an Wellenformen bereit, die an verschiedenen Punkten in dem Energieversorgungsschaltkreis von 2 genommen wurden.
4 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Systems zum Erzeugen von Hilfsleistung unter Verwendung von Zyklusausdehnungstechniken gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Schaltleistungsversorgung, die Hilfsleistung unter Verwendung einer Ausführungsform des Systems von 4 bereitstellt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
6 stellt eine beispielhafte Menge an Wellenformen bereit, die an verschiedenen Punkten in der Energieversorgung von 5 genommen wurden.
7 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm von beispielhaften Verfahren zum Erzeugen von Hilfsleistung unter Verwendung von Zyklusausdehnungstechniken gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
8 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Systems zum Erzeugen von Hilfsleistung unter Verwendung von Zyklusabbruchstechniken gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
9 zeigt ein schematisches Diagramm einer Schaltleistungsversorgung, die Hilfsleistung unter Verwendung einer Ausführungsform des Systems von 8 bereitstellt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
10 stellt eine beispielhafte Menge an Wellenformen bereit, die an verschiedenen Punkten in der Energieversorgung von 9 genommen wurden.
11 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm von beispielhaften Verfahren zum Erzeugen von Hilfsleistung unter Verwendung von Zyklusabbruchstechniken gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter anderem werden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen von Hilfsleistung mit niedrigem Standby-Leistungsverbrauch beschrieben.
Viele Elektronikanwendungen verwenden Leistungsversorgungen (power supply), um eine Eingangsspannung in eine gewünschte Anwendungsspannung umzuwandeln, die mit der Elektronikanwendung kompatibel ist. Beispielsweise wandeln viele Leistungsversorgungen Hauptnetzspannung (zum Beispiel die 110 Volt, 60 Hertz, Wechselspannung, die von vielen Wandauslässen verfügbar ist) in eine Wechselspannung um, um ein Gerät mit Leistung zu versorgen (zum Beispiel 5 Volt, 12 Volt, etc.). In der Vergangenheit stellten lineare Leistungsversorgungen diese Umwandlungsfunktionalität oft durch Verwendung von verlustbehafteten Komponenten, wie Transformatoren, bereit. Beispielsweise kann ein 110 Volt Signal stufenweise auf 5 Volt gesenkt und gleichgerichtet werden, wobei die überschüssige Energie als Wärme abgeleitet wird.
In vielen modernen Elektronikanwendungen wurden die linearen Leistungsversorgungen durch Schaltleistungsversorgungen ersetzt. Schaltleistungsversorgungen können eine Eingangswechselspannung empfangen, die Spannung in eine Gleichspannung gleichrichten und/oder filtern und die Gleichspannung verwenden, um verschiedene Wandler und Schaltkomponenten zu steuern. Die Wandler und Schaltkomponenten können dann betreibbar sein, um ein geschaltetes (zum Beispiel pulsweitenmoduliertes) Signal mit einer gewünschten Durchschnittsleistung zu erzeugen.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer beispielhaften Schaltleistungsversorgung. Die Leistungsversorgung 100 empfängt eine Eingangsspannung 102 und erzeugt eine geschaltete Ausgangsspannung 180 mit einer gewünschten Durchschnittsausgangsleistung. Das Netzteil 100 weist ein Reglermodul 120, ein Schaltwandlermodul 130 und ein Schaltwandlermodul 140 auf. In manchen Ausführungsformen wird eine Spannung empfangen und gleichgerichtet, um die Eingangsspannung 102 zu erzeugen. Viele Arten von Gleichrichtern sind in der Technik bekannt, einschließlich Zweiweg- und Einweggleichrichtern. Beispielsweise kann eine 110 Volt Wechselspannung durch einen Zweiweggleichrichter durchlaufen, um eine im Wesentlichen Gleichspannungseingangsspannung 102 von ungefähr 156 Volt (das heißt 110 × √2) zu erzeugen. In manchen Fällen kann das Wechselspannungssignal gefiltert, auf einen unterschiedlichen Spannungspegel transformiert, isoliert oder anderweitig verarbeitet werden.
Die Wechselspannungseingangsspannung 102 wird an ein Reglermodul 120 übermittelt, das betreibbar ist, um Leistung an das Schaltwandlermodul 130 bereitzustellen und aufrechtzuerhalten. In manchen Fällen weist das Reglermodul 120 einen linearen Regler (zum Beispiel einen Verarmungsmodustransistor) auf, der in negativer Rückkopplung durch ein Reglerrückkopplungsmodul 150 (zum Beispiel einen Operationsverstärker aufweisend) konfiguriert ist, um zu helfen, eine im Wesentlichen konstante Quellenspannung an das Schaltwandlermodul 130 bereitzustellen. Die Quellenspannung für das Schaltwandlermodul 130 ist als ein Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 dargestellt. Rückkopplung von dem Reglerrückkopplungsmodul wird durch das Reglermodul über einen Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 empfangen, wie unten detaillierter beschrieben wird.
Das Schaltwandlermodul 130 kann betreibbar sein, um das Schaltwandlermodul 140 zu steuern, wenn es aktiviert ist. Im Standby-Modus kann das Schaltwandlermodul 130 energetisiert verbleiben, in Erwartung eines Aktivierungssignals 112 (zum Beispiel ein „An”-Signal von einer Fernsteuerung). Wenn aktiviert kann das Schaltwandlermodul 130 ein oder mehrere Schaltsignale erzeugen. Beispielsweise kann das Schaltwandlermodul 130 Schaltsignale an einen Gatetreiberanschluss 135 erzeugen, um das Gate einer Schaltvorrichtung in dem Schaltwandlermodul 140 anzusteuern.
Wenn das Schaltwandlermodul 130 aktiviert ist, kann das Schaltwandlermodul 140 beginnen, zu arbeiten, um die Wechselspannungseingangsspannung 102 in die geschaltete Ausgangsspannung 180 umzuwandeln. Üblicherweise weist das Schaltwandlermodul 140 eine Schaltvorrichtung (zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET) auf, die betreibbar ist, um Informationen von dem Schaltwandlermodul 130 (zum Beispiel über Gatetreiberanschluss 135) zu verwenden, um ein pulsweitenmoduliertes („PWM”) Signal zu erzeugen. In manchen Fällen kann das Schaltwandlermodul 140 als ein Abwärtswandler, ein Hochsetzwandler oder irgendeine andere Art von Wandler weiterhin konfiguriert sein. Detailliertere Ausführungsformen werden unten mit Bezugnahme auf Hochsetzwandler beschrieben. Jedoch wird anerkannt werden, dass dieselben erfinderischen Konzepte bei vielen anderen Arten von Wandlern verwendet werden können.
In manchen Ausführungsformen der Energieversorgung 100 wird die Ausgangsspannung 180 (zum Beispiel oder andere Informationen, wie Strom durch die Schaltvorrichtung in dem Schaltwandlermodul 140) an das Schaltwandlermodul 130 durch ein Wandlerrückkopplungsmodul 160 zurückgeführt. Das Wandlerrückkopplungsmodul 160 kann arbeiten, um die Durchschnittsausgangsspannung zu erfassen und die Information an das Schaltwandlermodul 130 zurückzuführen, um eine gewünschte Durchschnittsausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Beispielsweise, wenn Rückkopplung von dem Wandlerrückkopplungsmodul 160 anzeigt, dass die Durchschnittsspannung zu hoch ist, kann das Schaltwandlermodul 130 den PWM-Arbeitszyklus (zum Beispiel und/oder Frequenz) des Schaltwandlermoduls 140 anpassen, um den Durchschnittsspannungspegel zurück nach unten zu bringen.
Es wird anerkannt werden, dass, wenn „An” geschaltet, der Betrieb der Schaltleistungsversorgung signifikant effizienter sein kann als der Betrieb einer vergleichbaren linearen Leistungsversorgung. Ein Grund kann sein, dass die Vorrichtungen in dem Schaltwandlermodul 140 zwischen ihren Aus- und Sättigungsbereichen schalten können, ohne viel Zeit in ihren weniger effizienten linearen Bereichen. Dies kann den Leistungsverbrauch und die Wärmeerzeugung der Energieversorgung 100 während des Betriebs signifikant reduzieren.
In manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, bestimmte Komponenten energetisiert zu lassen, auch wenn die Anwendung abgeschaltet ist. Von daher kann die Leistungsversorgung 100 Leistung an bestimmte Komponenten bereitstellen müssen, auch wenn ihre Ausgangsspannung 180 bei 0 Volt ist. Beispielsweise wenn ein Fernsehgerät in einen Wandauslass eingesteckt und „Ab” geschaltet ist, kann es wünschenswert für das Fernsehgerät sein, dennoch betreibbar zu sein, um ein Fernsteuerungssignal zu empfangen, um wieder „An” zu schalten. Wenn alle der Komponenten in dem Fernsehgerät deaktiviert wären (das heißt vollständig „Aus”), mag es keinen Weg für das Fernsehgerät geben, Fernsteuerungssignale zu empfangen (zum Beispiel über Aktivierungssignal 112). Andere Beispiele weisen Anwendungen auf, die kontinuierlich ihre Umgebung überwachen (zum Beispiel Kühlschränke, die einen internen Thermostat aufrechtzuerhalten, auch wenn der Lüfter abgeschaltet ist), Anwendungen, die Signalempfangsfähigkeit beibehalten (zum Beispiel Telefone, Netzwerke, ferngesteuerte Vorrichtungen, etc.), Anwendungen mit internen Takten, Anwendungen, die geladene interne Batterien beibehalten, Anwendungen mit kontinuierlichen Anzeigen, etc.
Um bestimmte Elektronikkomponenten energetisiert zu lassen, auch wenn die Ausgangsspannung 180 „Aus” ist, kann die Leistungsversorgung 100 einen „Standby”-Modus bereitstellen. Die Leistung, die in dem Standby-Modus (oder in dem Modus mit dem niedrigsten Leistungsverbrauch einer elektronischen Anwendung) verbraucht wird, kann als ein „Standby-Leistungs”-Verbrauch bezeichnet werden. In vielen Anwendungen kann es wünschenswert sein, Standby-Leistungs-Verbrauch zu reduzieren, während immer noch in der Lage zu sein, adäquate Leistung für den Verbrauch bereitzustellen, wenn „An” geschaltet ist. Um dies zu erreichen, kann das Netzteil 100 Hilfsleistungkomponenten bereitstellen. Beispielsweise kann die Leistungsversorgung 100 in ihrem Standby-Modus gerade genug Leistung ziehen, um ihr Schaltwandlermodul 130 zu energetisieren, in Erwartung aktiviert zu werden; aber sobald sie aktiviert ist, kann die Energieversorgung 100 ihre Ausgangsspannung 180 in ein Hilfsleistungsmodul 170 zurückführen, um das Schaltwandlermodul 130 aufrechtzuerhalten.
In manchen Ausführungsformen sind das Reglermodul 120 und das Hilfsleistungsmodul 170 konfiguriert, um einen Anlaufmodus für die Leistungsversorgung 100 zu unterstützen. Beispielsweise, wenn das Netzteil 100 vollständig aus ist (zum Beispiel ausgesteckt etc.), kann die Eingangsspannung 102 im Wesentlichen bei 0 Volt sein. Von daher gibt es unzureichende Spannung, um das Reglermodul 120, das Schaltwandlermodul 130, das Schaltwandlermodul 140, und/oder andere Komponenten der Energieversorgung 100 aufrechtzuerhalten. Wenn die Leistungsversorgung 100 anläuft, kann es wünschenswert sein, zuverlässig in einer bestimmten Sequenz und/oder mit bestimmten Spannungen anzulaufen. In manchen Ausführungsformen reguliert das Reglermodul 120 und das Reglerrückkopplungsmodul 150 während des Anlaufes den Pegel, der bei Steuerungs-Sourcespannungs-Anschluss 125 gesehen wird (das heißt den Versorgungsspannungspegel für das Schaltwandlermodul 130), für einen sauberen Betrieb.
Nur nachdem das Schaltwandlermodul 130 stabilisiert, um in der Lage zu sein, einen zuverlässigen Ausgang bereitzustellen, aktiviert das Schaltwandlermodul 130 das Schaltwandlermodul 140) zum Beispiel, indem es beginnt, ein Schaltsignal über den Gatetreiberanschluss 135 bereitzustellen). Somit bleibt die Ausgangsspannung 180 im Wesentlichen bei 0 Volt, bis die Leistungsversorgung 100 fähig ist, eine stabile und zuverlässige Ausgangsspannung 180 bereitzustellen. Nachdem das Schaltwandlermodul 140 aktiviert ist, kann auch das Hilfsleistungsmodul 170 aktiv werden. Das Hilfsleistungsmodul 170 kann dann verwendet werden, um den Spannungspegel bei Wandler-Sourcepannungs-Anschluss 125 ohne das Reglermodul 120 aufrechtzuerhalten. In manchen Ausführungsformen wird das Reglermodul 120 deaktiviert, nachdem das Hilfsleistungsmodul 170 die Aufrechterhaltung des Pegels an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 übernimmt.
Eine Anzahl von Techniken ist in der Technik verfügbar, um Hilfsleistungsmodule 170 bereitzustellen. Jedoch fügen diese Techniken üblicherweise Kosten und/oder Komplexität zu dem Schaltkreis hinzu. Beispielsweise verwenden manche Hilfsleistungsmodule 170 zusätzliche Leistungskomponenten, wie zusätzliche Transformatorwicklungen und Schottky-Dioden.
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Schaltleistungsversorgung mit einem Hilfsleistungsmodul gemäß manchen Ausführungsformen des Stands der Technik. Das Netzteil 200 empfängt eine gleichgerichtete Eingangsspannung 102 und erzeugt eine geschaltete Ausgangsspannung 180 mit gewünschten Charakteristika (zum Beispiel eine bestimmte Durchschnittsausgangsspannung oder Ausgangsenergie). Die Leistungsversorgung 200 weist ein Reglermodul 120, ein Schaltwandlermodul 130, ein Schaltwandlermodul 140, ein Reglerrückkopplungsmodul 150, ein Wandlerrückkopplungsmodul 160, und ein Hilfsleistungsmodul 170 auf. Diese Module können ähnlich zu den jeweiligen Modulen gezeigt in 1 sein. Es ist beachtenswert, dass Schaltkreisblöcke mit gestrichelten Linien zur zusätzlichen Klarheit umgeben wurden. Jedoch wird anerkannt werden, dass verschiedene Komponenten in einem Schaltkreis von mehreren Schaltkreisblöcken geteilt werden können, wodurch klare Abgrenzungen zwischen Schaltkreisblöcken schwierig oder sogar unmöglich gemacht werden. Von daher sind die Schaltkreisblockbezeichnungen lediglich gedacht, Klarheit zu der folgenden Beschreibung hinzuzufügen, und sollten nicht als den Schutzumfang der Erfindung limitierend angenommen werden.
Die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 kann durch das Reglermodul 120 übermittelt werden, das betreibbar ist, um Leistung an das Schaltwandlermodul 130 bereitzustellen und aufrechtzuerhalten. Das Reglermodul 120 weist einen linearen Regler 222, der als ein Verarmungsmodus-Leistungs-MOSFET verkörpert ist, und einen Widerstand 224a in Reihe mit der Source des linearen Reglers 222. Beim initialen Einschalten kann der lineare Regler 222 Anlaufleistung bereitstellen, indem ein Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 von der hochspannungsgleichgerichteten Eingangsspannung 102 aus geladen wird. Der Wandler-Sourcepannungs-Anschluss 125 ist konfiguriert, um eine geregelte Quellenspannung an das Schaltwandlermodul 130 bereitzustellen.
Widerstand 224a wird in Reihe mit der Source des linearen Reglers 222 bereitgestellt, um den Spitzenstrom, der durch den linearen Regler 222 während des initialen Anlaufs gezogen wird (zum Beispiel den Einschaltstrom), zu begrenzen. Beispielsweise entfernt der Widerstand 224 eine Vorspannung von der Source des linearen Reglers 222 in Bezug auf seinen Gateanschluss. Der Gateanschluss des linearen Reglers 222 ist mit einem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 verbunden, der von dem Ausgang eines Operationsverstärkers 258 in einem Reglerrückkopplungsmodul 150 kommt. Während des Anlaufes mag es unzureichende Spannung an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 für einen zuverlässigen Betrieb des Operationsverstärkers 258 geben, was verursachen kann, dass sein Ausgang während des Anlaufes unvorhersehbar ist. Widerstand 224a kann den linearen Regler 222 vor irgendwelchen großen Spitzen im Strom, gesehen durch den linearen Regler 222 als ein Ergebnis des unerwünschten Ausgangs des Operationsverstärkers 258 während des Anlaufes, schützen.
Weiterhin weist das Reglerrückkopplungsmodul 150 einen Kondensator 252a auf, der konfiguriert ist, um zumindest zu helfen, den Pegel an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125, wie unten näher beschrieben, aufrecht zu erhalten. Da der Kondensator 252a mit dem Steuerungs-Sourcespannungs-Anschluss 125 verbunden ist, können große Beträge an Strom verursachen, dass der Kondensator 252a zu schnell lädt. In manchen Fällen kann dies das Leben des Kondensators 252a verkürzen oder auch permanenten Schaden verursachen. Von daher sind Ausführungsformen des Widerstands 224a konfiguriert, um den Strom gesehen bei dem Kondensator 252a zu begrenzen, um zu helfen, sein zu schnelles Laden zu verhindern. Es wird anerkannt werden, dass das Reihennetzwerk des Kondensators 252a und des Kondensators 252b für manche Zwecke als ein einzelner Kondensator bewertet werden kann, und das Aspekte, die mit Kondensator 252a verbunden sind, auch auf Kondensator 252b angewendet werden können.
Weiterer Schutz kann in manchen Ausführungsformen des Reglerrückkopplungsmoduls 150 durch eine Zenerdiode 254 bereitgestellt werden. Die Zenerdiode 254 kann konfiguriert sein, um effektiv den Spannungspegel an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 zu klemmen. Dies kann helfen, die Spannung vom Überschreiten einer maximalen Nennspannung für Komponenten des Reglerrückkopplungsmoduls 150 und/oder des Schaltwandlermoduls 130 beispielsweise während des Anlaufs zu bewahren.
Das Reglerrückkopplungsmodul 150 kann auch ein Widerstandsteilernetzwerk aufweisen, das Widerstand 224f und Widerstand 224g aufweist. Der Knoten, an dem Widerstand 224f und Widerstand 224g verbunden sind, ist auch mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 258 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 258 kann einen stabilen Referenzpegel überwachen, der durch eine Spannungsquelle 256 bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform stellt die Spannungsquelle 256 einen stabilen Bandlückenreferenzpegel von ungefähr 1,25 Volt bereit. Das Verhältnis von Widerstand 224f zu Widerstand 224g kann so gewählt werden, dass bei negativer geschlossener Schleifenrückkopplung ein gewünschter Pegel an dem Steuerungs-Sourcespannungs-Anschluss 125 aufrechterhalten wird (zum Beispiel wird eine geregelte 12 Volt Versorgungsspannung für das Schaltwandlermodul 130 aufrechterhalten).
Beispielsweise, wenn die Leistungsversorgung 200 zuerst anläuft, ist die Spannung an dem Knoten zwischen Widerstand 224f und Widerstand 224g weniger als der Referenzpegel, der durch die Spannungsquelle 256 bereitgestellt wird. In diesem Zustand kann der Pegel an dem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 im Wesentlichen an den Pegel an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 gekoppelt sein. Strom, der durch das Stromreglermodul 120 geregelt wird, lädt Kondensator 252a, und der Pegel an dem Steuerungs-Sourcespannungs-Anschluss 125 steigt an.
Nach einiger Zeit erreicht die Spannung über dem Kondensator 252a (zum Beispiel und daher der Pegel gesehen an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125) den gewünschten Quellenspannungspegel („V_CC”) für das Schaltwandlermodul 130. Die Spannung an dem Knoten zwischen Widerstand 224f und Widerstand 224g kann im Wesentlichen den Referenzpegel erreichen, der durch die Spannungsquelle 256 bereitgestellt wird, wodurch verursacht wird, dass der Operationsverstärker 258 beginnt, den Pegel gesehen an dem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 anzupassen. Da der Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 konfiguriert ist, um den Gate des linearen Reglers 222 zu steuern, beeinflusst das Ändern des Pegels an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 die Menge an Strom, die durch den linearen Regler 222 fließt.
Dies kann effektiv die Ladung des Kondensators 252a regeln, wodurch der Pegel an dem Steuerungs-Sourcespannungs-Anschluss 125 geregelt wird. Auf diese Weise kann V_CC in negativer Rückkopplung geregelt werden. Von daher können diese Komponenten ein Reglerrückkopplungsmodul 150 bereitstellen, das betreibbar ist, um den Pegel an dem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 zu steuern, um V_CC an einem gewünschten Pegel aufrechtzuerhalten. Dies kann im Gegenzug helfen, eine geregelte Quellenspannung an das Schaltsteuerungsmodul 130 und/oder irgendwelche Komponenten, die mit dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 verbunden sind, bereitzustellen.
Es wird von einem Fachmann anerkannt werden, dass das Verwenden eines linearen Reglers 222 in dem Reglermodul 120 aufgrund der Einfachheit des Schaltkreises üblich sein kann, aber auch ineffizient sein kann. Beispielsweise, wenn die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 ungefähr 160 Volt ist, und die gewünschte V_CC für das Schaltsteuerungsmodul 130 12 Volt ist, muss das Reglermodul 120 ungefähr 148 Volt senken. Auch wenn die Stromanforderungen für die Leistungsversorgung 200 ungefähr 1 Milliampere sind (was üblicherweise ein niedriger Wert für viele Anwendungen ist), kann das Reglermodul 120 ungefähr 148 Milliwatt ableiten (das heißt 148 Volt mal 1 Milliampere). In manchen Fällen können Regulierungsanforderungen Leistungsverbrauchsbeschränkungen für Leistungsversorgungen auf nur 100 Milliwatt setzen, wodurch das Regelmodul 120 selbstständig veranlasst wird, bestimmte Leistungsregulierungen zu überschreiten.
Es kann daher wünschenswert sein, die Verwendung des linearen Reglers 222 in dem Reglermodul 120 nur auf den Standby und/oder Anlaufmodus zu beschränken. Während des Standby-Modus kann die Leistungsversorgung 200 sehr kleine Beträge an Leistung relativ dazu wenn sie „An” ist, ableiten, da die Komponenten eventuell nur gerade genug Leistung verbrauchen mögen, um bereit zu bleiben (zum Beispiel für ein Aktivierungssignal). Beispielsweise kann die Leistungsversorgung 200 nur in dem Mikrowattbereich verbrauchen, wenn sie in ihrem Standby-Modus ist.
Um das Verwenden des linearen Reglers 222 zu vermeiden, um Leistung an die Steuerung während des Betriebs bereitzustellen, kann die Leistungsversorgung 200 stattdessen Leistung von Hilfsleistungsmodul 170 während des normalen (zum Beispiel „An”-) Betriebs ziehen. Das Hilfsleistungsmodul 170 kann betreibbar sein, um Leistung zurück von dem Schaltwandlermodul 140 zu koppeln, um als Leistung zum Aufrechterhalten des Schaltsteuerungsmoduls 130 zu verwenden. Auf diese Weise kann der lineare Regler 222 abgeschaltet oder umgangen werden, so dass keine oder wenig Leistung verbraucht wird, sobald das Hilfsleistungsmodul 170 übernimmt.
Um dem Betrieb der Leistungsversorgung 200 in ihren verschiedenen Modi besser zu verstehen (zum Beispiel Standby versus normaler Betrieb), kann es hilfreich sein, Wellenformen an verschiedenen Orten in dem Leistungsversorgungsschaltkreis 200 zu verschiedenen Zeiten zu untersuchen. 3 stellt eine beispielhafte Menge an Wellenformen bereit, die an verschiedenen Punkten in dem Leistungsversorgungsschaltkreis 200 von 2 genommen wurden. Zu bestimmten Gelegenheiten können die Wellenformen vereinfacht oder idealisiert sein, um Klarheit hinzuzufügen und sollten lediglich als veranschaulichende Beispiele genommen werden.
Wie dargestellt ist die Leistungsversorgung 200 vor irgendeiner Initialzeit (zum Beispiel t = 0) nicht eingesteckt, so dass die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 bei 0 Volt ist. Zu einer Initialzeit (zum Beispiel t = 0) ist die Leistungsversorgung 200 eingesteckt, die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 springt auf irgendeinen Pegel (zum Beispiel ungefähr 160 Volt) und der Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 beginnt auf einen gewünschten V_CC-Pegel zu erhöhen, wie oben beschrieben und in der ersten Kurve 302 von 3 gezeigt. Der gewünschte V_CC-Pegel wird als „V_CCR” (zum Beispiel der geregelte V_CC-Pegel) bezeichnet. Während derselben Anfangsperiode erhöht auch die Gatespannung des linearen Reglers 222, der Pegel an dem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145, auf V_CCR, wie in der zweiten Kurve 304 von 3 gezeigt. Dies kann verursachen, dass der Strom durch den linearen Regler 222 auf irgendeinen Pegel hochschießt (zum Beispiel wie durch den Nennstrom der Vorrichtung und durch den Widerstand 224 in Reihe mit der Source des linearen Reglers 222 beschränkt), wie in der dritten Kurve 306 von 3 gezeigt.
Effektiv wird beim Anlauf die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 direkt an einem Ende einer Transformatorprimären 242 (die Primärseite eines Transformators) angelegt, was verursacht, dass Strom durch die Transformatorprimäre (bezeichnet „I_T1P”) fließt, wie in der sechsten Kurve 312 von 3 gezeigt. Von daher wird im Wesentlichen die Eingangsspannung 102 an den Drain der Leistungsschaltvorrichtung 246 (zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET) angelegt, die mit der anderen Seite der Transformatorprimären 242 verbunden ist. Das Gate der Leistungsschaltvorrichtung 246, so dass Leistungsschaltvorrichtung 246 während des Anlaufs AUS ist, was verursacht, dass der Drain der Leistungsschaltvorrichtung 246 im Wesentlichen auf den Eingangsspannungspegel 102 heraufgezogen wird, wie in der fünften Kurve 310 von 3 gezeigt. Beispielsweise wird ein Gatetreiberanschluss 125 durch das Schaltsteuerungsmodul 130 gesteuert, um im Wesentlichen bei 0 Volt zu sein, wodurch die Gatespannung der Leistungsschaltvorrichtung 246 bei im Wesentlichen 0 Volt gehalten wird, wie in der vierten Kurve 308 von 3 gezeigt. Diode 244 ist mit ihrer Anode mit dem Drain der Leistungsschaltvorrichtung 246 und der zweiten Seite der Transformatorprimären 242 verbunden. Von daher kann Diode 244 zunächst vorwärts in Übertragung vorgespannt werden, wodurch es dem I_T1P-Strom erlaubt ist, durch sie hindurch zu fließen, wie in der achten Kurve 316 von 3 gezeigt. Dies kann veranlassen, dass ein Lastkondensator 252c, der zwischen der Kathode von Diode 244 und Masse verbunden ist, zu einer Maximalrate geladen wird, die durch die Strombeschränkung der Quelle der gleichgerichteten Eingangsspannung 102 (bezeichnet „I_INMAX”) abzüglich der Effekte der Diode 244 beschränkt ist. Zu irgendeinem Zeitpunkt stabilisiert der Schaltkreis, so dass der Drain der Leistungsschaltvorrichtung 246 und die Anode der Diode 244 beide im Wesentlichen auf die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 geladen sind.
In der Zwischenzeit erreichen zu irgendeinem Zeitpunkt t = t_CCR der Pegel an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 (V_CC) und der Pegel an dem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 (die Gatespannung des linearen Reglers 222) beide im Wesentlichen V_CCR. Das Reglerrückkopplungsmodul 150 beginnt V_CC zu regeln (zum Beispiel in negativer Rückkopplung wie oben beschrieben), um V_CC im Wesentlichen bei V_CCH aufrechtzuerhalten. Dies kann verursachen, dass die Gatespannung des linearen Reglers 222 und der Strom durch den linearen Regler 222 abfallen, wie in der zweiten Kurve 304 und der dritten Kurve 306 von 3 jeweils gezeigt, abfallen. Zu diesem Punkt in diesem beispielhaften Fall bleibt die Leistungsversorgung 200 in einem Standby-Modus, auf ein Aktivierungssignal wartend.
Zu einem späteren Zeitpunkt t = t_STRT (zum Beispiel nachdem die Leistungsversorgung 200 in einen stabilen Standby-Modus eingetreten ist) wird ein Aktivierungssignal 112 an das Schaltsteuerungsmodul 130 gesendet, wodurch das Schaltsteuerungsmodul 130 gesteuert wird, um zu beginnen, das Schaltwandlermodul 140 anzusteuern, um eine geschaltete Ausgangsspannung 180 zur Verfügung zu stellen. Das Schaltsteuerungsmodul 130 beginnt das Ansteuern der Gatespannung der Leistungsschaltvorrichtung 246 (zum Beispiel durch Ändern des Pegels an dem Gatetreiberanschluss 135) mit einem PWM-Signal, wie in der vierten Kurve 308 von 3 gezeigt.
Betrieb des Schaltwandlers 240 kann dann beginnen, um die gewünschte Ausgangsspannung 180 auszugeben. Beispielsweise wenn ein Strom in der Transformatorprimären 242 aufgebaut wird, kann die Spannung über den Lastkondensator 252c (zum Beispiel im Wesentlichen die Drainspannung der Leistungsschaltvorrichtung 246 abzüglich des Spannungsabfalls über die Diode 244) sich erhöhen. In der Hochsetzwandlerkonfiguration gezeigt in 2 kann die Spannung sich auf irgendeinen Hochsetzspannungspegel (bezeichnet „V_BOOST”) erhöhen, wie in der fünften Kurve 310 von 3 gezeigt.
Zu im Wesentlichen derselben Zeit kann ein Signal durch das Schaltsteuerungsmodul 130 an das Reglerrückkopplungsmodul 140 über einen Hilfs-Aus-Anschluss 155 ausgegeben werden. Der Hilfs-Aus-Anschluss 155 steuert die Gatespannung eines Schalters 262 (zum Beispiel einen N-Kanalanreicherungstyptransistor) an. Durch Anlegen eines Spannungspegels an den Hilfs-Aus-Anschluss 155 wird der Schalter 262 AN geschaltet, wodurch der Ausgang des Operationsverstärkers 258 effektiv auf Masse 205 kurzgeschlossen wird. Dies kann effektiv die Gatespannung des linearen Reglers 222 (den Pegel an dem Verstärkerrückkopplungsanschluss 145) auf Null ansteuern, wodurch der Strom durch den linearen Regler 222 im Wesentlichen auf Null angesteuert wird, wie in der zweiten Kurve 304 und der dritten Kurve 306 von 3 jeweils gezeigt. Von daher wird das Reglermodul 120 effektiv deaktiviert, nachdem das Schaltwandlermodul 140 in einen normalen Betrieb eintritt.
Insbesondere, sobald das Reglermodul 120 deaktiviert ist, beginnt die Spannung an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 145 zu fallen, wie in der ersten Kurve 302 von 3 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, weist das Hilfsleistungsmodul eine Wicklung auf, die eine Transformatorsekundäre (zum Beispiel eine Sekundärwicklung eines Transformators) desselben Transformators ist, von dem die Transformatorprimäre 242 in dem Schaltwandlermodul 140 verwendet wird. Somit, wenn die Leistungsschaltvorrichtung 246 schaltet, beginnt Strom sich in der Transformatorprimären 242 aufzubauen, was eine Spannung über die Transformatorsekundäre 272 in dem Hilfsleistungsmodul 170 induzieren kann.
Das Hilfsleistungsmodul 170 weist Schottky-Diode 274a und Schottky-Diode 274b auf. Ein Ende der Transformatorsekundären 272 ist mit einem Knoten zwischen Kondensator 252a (das heißt die Seite des Kondensators 252a, die nicht mit dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 verbunden ist) und Kondensator 252b, der mit Masse verbunden ist, verbunden. Das andere Ende der Transformatorsekundären 272 ist mit der Anode der Schottky-Diode 274a und der Kathode der Schottky-Diode 274b verbunden. Die Kathode der Schottky-Diode 274a ist mit dem Steuerungs-Sourcespannungs-Anschluss 125 verbunden, und die Anode der Schottky-Diode 274b ist mit Masse 205 verbunden. In dieser Konfiguration (zum Beispiel in der Spannungsverdopplungskonfiguration) kann Ladung, die in die Transformatorsekundäre 272 induziert ist, effektiv verwendet werden, um Ladung an dem Kondensator 252a aufrechtzuerhalten, wodurch eine Regelung des Steuerungsquellenspannungsanschlusses 125 im Wesentlichen bei V_CCR aufrechterhalten wird.
Insbesondere können andere Komponenten verwendet werden, um die Leistungsversorgung 200 weiter zu regeln. In einer Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, ist ein Stromerfassungswiderstand 224c zwischen der Source der Leistungsschaltvorrichtung 246 und Masse 205 verbunden. Die Spannung über dem Widerstand 224c ist proportional zu dem Strom, der durch die Leistungsschaltvorrichtung 246 fließt, und kann daher als ein Stromrückkopplungssignal 248 verwendet werden, um den Strom durch die Leistungsschaltvorrichtung 246 zu regeln. Zusätzlich ist in einer Ausführungsform ein Widerstandsteilernetzwerk zwischen der Ausgangsspannung 180 und Masse 205 verbunden, welches Widerstand 224d und Widerstand 224e aufweist. Die Spannung an dem Knoten zwischen Widerstand 224d und Widerstand 224e ist proportional zu der Ausgangsspannung 180 und kann daher als ein Spannungsrückkopplungssignal 264 verwendet werden, um die Ausgangsspannung 180 zu regeln. Beispielsweise kann das Stromrückkopplungssignal 248 und/oder das Spannungsrückkopplungssignal 264 zurück an das Schaltsteuerungsmodul 130 übermittelt werden, welches im Gegenzug das Signal, das an den Gatetreiberanschluss 135 angelegt ist, entsprechend regeln kann (zum Beispiel durch Anpassen des Arbeitszyklus oder Frequenz des PWM-Signals).
Es wird anerkannt werden, dass, während im Standby-Modus, der weniger effiziente lineare Regler verwendet werden kann, um das Schaltsteuerungsmodul 130 mit Energie zu versorgen. Jedoch kann, kurz nachdem das Schaltsteuerungsmodul 130 aktiviert ist (zum Beispiel über Aktivierungssignal 112), der lineare Regler deaktiviert werden, und das Schaltsteuerungsmodul 130 kann durch induzierte Rückkopplung von dem Schaltwandlermodul 140 über das Hilfsleistungsmodul 170 mit Leistung versorgt werden.
Während das Abschalten des Reglermoduls 120 Erhöhungen in der Effizienz der Leistungsversorgung 200 bereitstellen kann, kann die Konfiguration des Hilfsleistungsmoduls 170 nach wie vor bestimmte Beschränkungen aufwerfen. Eine Beschränkung kann sein, dass die Hilfswicklungen in dem Hilfsleistungsmodul 170 und andere Komponenten die Komplexität und/oder Kosten der Leistungsversorgung erhöhen können. Beispielsweise mag ein üblicher Einwicklungsinduktor von bestimmten Topologien in einem Zweiwicklungstransformator umgewandelt werden müssen, oder eine Zweiwicklungstopologie mag in einen Dreiwicklungstransformator umgewandelt werden müssen. Eine andere Beschränkung kann sein, dass die Konfiguration des Hilfsleistungsmoduls 170 gezeigt in 2 mehrere Schottky-Dioden 274 und Kondensatoren 252 verwendet. Dies kann weiterhin die Kosten und/oder Komplexität des Hilfsleistungsmoduls 170 Schaltkreises erhöhen. Wiederum eine andere Beschränkung ist, dass die Hilfsausgangsspannung auf irgendein diskretes Verhältnis zwischen ihr selbst und der geschalteten Ausgangsspannung 180 (zum Beispiel V_BOOST) limitiert sein kann, aufgrund der diskreten Natur der Transformatorwicklungsverhältnisse.
Aus diesen und/oder anderen Gründen kann es wünschenswert sein, Leistungsversorgungen mit Hilfsleistung und niedrigen Standby-Leistungsverbrauch bereitzustellen, während die Beschränkungen vermieden werden, die dem Verwenden der Hilfswicklung und anderen Komponenten von Hilfsleistungsmodulen, wie dem Hilfsleistungsmodul 170 von 2 anhaften können. Ausführungsformen der Erfindung verwenden Takterweiterung und/oder Taktabbruchstechniken zum Bereitstellen von Leistungsversorgungen mit Hilfsleistung und niedrigen Standby-Leistungsverbrauch bereit. Ausführungsformen, die Takterweiterungstechniken verwenden, sind detaillierter mit Bezugnahme auf 4–7 beschrieben, und Ausführungsformen, die Taktabbruchstechniken verwenden, sind detaillierter unten mit Bezugnahme auf 8–11 beschrieben.
Ausführungsformen unter Verwendung von Takterweiterung
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Leistungsversorgung 400 zum Erzeugen von Hilfsleistung unter Verwendung von Takterweiterungstechniken gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Das Netzteil 400 empfängt eine Eingangsspannung 102 und erzeugt eine geschaltete Ausgangsspannung 180 mit einer gewünschten Durchschnittsausgangsleistung. Die Leistungsversorgung 400 weist ein Reglermodul 120, ein Schaltsteuerungsmodul 130, ein Schaltwandlermodul 140 und ein Hilfsleistungsmodul 470 auf. Das Schaltsteuerungsmodul 130 weist ein Takterweiterungsmodul 410 auf. In manchen Ausführungsformen wird eine Spannung empfangen und gleichgerichtet, um die Eingangsspannung 102 zu erzeugen, wie mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In manchen Ausführungsformen erzeugt das Takterweiterungsmodul 410 in dem Schaltsteuerungsmodul 130 ein Schaltsteuersignal an einem Gatetreiberanschluss 135 zum Steuern des Schaltwandlermoduls 140. Das Schaltwandlermodul 140 kann dann das Schaltsteuersignal in einen Ladezyklus umwandeln. In bestimmten Ausführungsformen weist das Schaltwandlermodul 140 eine Niederspannungsschaltvorrichtung auf. Verwenden einer Niederspannungsvorrichtung kann es ermöglichen, manche oder alle des Schaltwandlermoduls 140 mit dem Schaltsteuerungsmodul 130 zu integrieren (zum Beispiel in denselben integrierten Schaltkreis).
In bestimmten Ausführungsformen ist der Ladezyklus ein PWM-Zyklus mit einem Arbeitszyklus, der eine „An”-Dauer und eine „Aus”-Dauer definiert. Während der „An”-Dauer können ein oder mehrere Ladeuntersysteme (zum Beispiel eine Spule oder ein Kondensator) geladen werden. Während des „Aus”-Zyklus können das Ladeuntersystem oder Ladeuntersysteme teilweise oder vollständig gespeicherte Energie an ein oder mehrere Generatoruntersysteme, einschließlich des Schaltwandlermoduls 140, und ein oder mehrere Hilfsleistungsmodule 470 entladen. Ausführungsformen des Takterweiterungsmoduls 410 erweitern den Ladezyklus, so dass ein Teil des Ladezyklus darauf gerichtet, Energie an ein oder mehrere Schaltwandlermodule 140 bereitzustellen (zum Beispiel Lastleistungsgeneratoren), und ein oder mehrere andere Teile des Ladezyklus sind darauf gerichtet, Energie an ein Hilfsleistungsmodul 470 (zum Beispiel einen Generator für eine Hilfslast, zum Aufrechterhalten von Steuerungsleistung, etc.) bereitzustellen. Es ist beachtenswert, dass, indem der Ladezyklus verwendet wird, um das Hilfsleistungsmodul 470 zu laden, Ausführungsformen Energieverlust aufgrund von „AN-Widerstand” des Hauptschalters in den Schaltwandlermodulen 140 vermeiden (zum Beispiel der Widerstand der Schaltvorrichtung 246 gezeigt in 5, wenn die Vorrichtung AN ist).
Im Anlauf- oder Standby-Modus wird die Eingangsspannung 102 an das Reglermodul 120 weitergeleitet, welches betreibbar sein kann, um Leistung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen und aufrechtzuerhalten. In manchen Ausführungsformen ist diese Funktionalität im Wesentlichen identisch zu der Funktionalität beschrieben mit Bezugnahme auf 1. Insbesondere weist in manchen Ausführungsformen das Reglermodul 120 einen linearen Regler (zum Beispiel einen Verarmungstyptransistor) auf, der in negativer Rückkopplung durch ein Reglerrückkopplungsmodul 150 (zum Beispiel einen Operationsverstärker aufweisend) konfiguriert ist, um zu helfen, eine im Wesentlichen konstante Quellenspannung an das Schaltsteuerungsmodul 130 an einen Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 bereitzustellen. Rückkopplung von dem Reglerrückkopplungsmodul 150 wird durch das Reglermodul 120 über einen Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 empfangen.
Das Schaltsteuerungsmodul 130 kann betreibbar sein, um das Schaltwandlermodul 140 zu steuern, wenn es aktiviert ist. Im Standby-Modus kann das Schaltsteuerungsmoduls 130 in Erwartung eines Aktivierungssignals 112 (zum Beispiel einem „An”-Signal von einer Fernsteuerung) energetisiert bleiben. Wenn aktiviert kann das Schaltsteuerungsmodul 130 ein oder mehrere Schaltsignale erzeugen. Beispielsweise kann das Schaltsteuerungsmodul 130 geschaltete Signale an einem Gatetreiberanschluss 135 zum Ansteuern des Gates einer Schaltvorrichtung in dem Schaltwandlermodul 140 erzeugen.
Wenn das Schaltsteuerungsmodul 130 aktiviert ist, kann das Schaltwandlermodul 140 beginnen, zu arbeiten, um die Wechselspannungseingangsspannung 102 in die geschaltete Ausgangsspannung 180 umzuwandeln. Üblicherweise weist das Schaltwandlermodul 140 eine Schaltvorrichtung (zum Beispiel einen MOSFET) auf, die betreibbar ist, um Informationen von dem Schaltsteuerungsmodul 130 (zum Beispiel über Gatetreiberanschluss 135) zu verwenden, um ein pulsweitenmoduliertes („PWM”) Signal zu erzeugen. In manchen Ausführungsformen wird die Ausgangsspannung 180 (zum Beispiel oder andere Informationen wie Strom durch die Schaltvorrichtung in dem Schaltwandlermodul 140) an das Schaltsteuerungsmodul 130 durch ein Steuerungsrückkopplungsmodul 160 zurückgekoppelt, um den Ausgang des Schaltwandlermoduls 140 zu regeln.
In manchen Ausführungsformen erweitert das Takterweiterungsmodul 410 in dem Schaltsteuerungsmodul 130 das PWM-Signal, dass das Schaltwandlermodul 140 steuert, wobei effektiv ein längeres PWM-Signal (zum Beispiel eine verlängerte „An”-Dauer aufweisend) zum Laden eines ersten Ladeuntersystems erzeugt wird. Der verlängerte (das heißt hinzugefügte) Teil der „An”-Dauer kann dann zurückgeleitet werden, um ein zweites Ladeuntersystem zu laden. Die Energie, die durch das erste Ladeuntersystem gespeichert ist, kann dann zur Verwendung durch das Schaltwandlermodul 140 umgewandelt werden und die Energie, die durch das zweite Ladeuntersystem gespeichert wird, kann dann zur Verwendung durch das Hilfsleistungsmodul 470 umgewandelt werden.
In bestimmten Ausführungsformen wird Hilfsleistung, die durch das Hilfsleistungsmodul 470 erzeugt wird, wieder verwendet, um Quellenleistung für Komponenten des Schaltsteuerungsmoduls 130 aufrechtzuerhalten. In diesen Ausführungsformen kann das Reglermodul 120 deaktiviert sein, sobald das Hilfsleistungsmodul 470 das Regeln des Pegels an den Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 beginnt. Ausführungsformen des Takterweiterungsmoduls 410 steuern den Ladezyklus (zum Beispiel und die effektive Erweiterung des Ladezyklus) über Signale an dem Gatetreiberanschluss 135 und einem Hilfssteueranschluss 455.
Es wird vom Fachmann anerkannt werden, dass es eine Anzahl von Arten gibt, um die Leistungsversorgung 400 zu implementieren. Weiterhin wird anerkannt werden, dass, in manchen Ausführungsformen, die Leistungsversorgung 400 Teil eines größeren Systems, wie einem Leistungsverwaltungssystem, ist. 5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Schaltleistungsversorgung 500, die Hilfsleistung unter Verwendung einer Ausführungsform der Leistungsversorgung 400 von 4 bereitstellt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. 6 stellt eine beispielhafte Menge an Wellenformen bereit, die an verschiedenen Punkten in der Leistungsversorgung 500 von 5 genommen wurden. Für zusätzliche Klarheit werden 5 und 6 parallel beschrieben.
Die Leistungsversorgung 500 empfängt eine Eingangsspannung 102 und erzeugt eine geschaltete Ausgangsspannung 180 mit einer gewünschten Charakteristik (zum Beispiel einer Durchschnittsausgangsspannung oder Leistung). Die Leistungsversorgung 500 weist ein Reglermodul 120, ein Schaltsteuerungsmodul 130, ein Schaltwandlermodul 140, ein Reglerrückkopplungsmodul 150, ein Steuerungsrückkopplungsmodul 160 und ein Hilfsleistungsmodul 470 auf. Insbesondere, anders als die Leistungsversorgung 200 in 2, ist das Netzteil 500 von 5 ohne Transformatorsekundäre (zum Beispiel Transformatorsekundäre 272 von 2), mit weniger Kondensatoren (zum Beispiel Kondensator 225b von 2 fehlt) und mit nur einer Schottky-Diode (zum Beispiel im Gegensatz zu 2, die Schottky-Diode 274a und Schottky-Diode 274b aufweist) gezeigt.
Die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 wird an das Reglermodul 120 (zum Beispiel durch eine Spule 542 in dem Schaltwandlermodul 140) weitergeleitet, das betreibbar ist, um Leistung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen und aufrechtzuerhalten (zum Beispiel zumindest in Standby- oder Anlaufmodi). Das Reglermodul 120 weist einen linearen Regler 222 auf, der als ein Verarmungstypleistungs-MOSFET verkörpert ist, und einen Widerstand 224a in Reihe mit der Source des linearen Reglers 222 auf. Beim anfänglichen Einschalten kann der lineare Regler 222 Anlaufleistung durch Ladungsanschluss 125 von der hochspannungsgleichgerichteten Eingangsspannung 102 bereitstellen. Anschluss 125 ist konfiguriert, um eine geregelte Quellenspannung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen.
Widerstand 224a wird in Reihe mit der Source des linearen Reglers 222 bereitgestellt, um den Spitzenstrom, der durch den linearen Regler 222 während des anfänglichen Anlaufes (zum Beispiel dem Einschaltstrom) gezogen wird, zu beschränken. Beispielsweise entfernt Widerstand 224a die Vorspannung der Source des linearen Reglers 222 mit Bezug auf seinen Gateanschluss. Der Gateanschluss des linearen Reglers 222 ist mit Anschluss 145 verbunden, der von dem Ausgang eines Operationsverstärkers 258 in dem Reglerrückkopplungsmodul 150 kommt. Während des Anlaufes kann es unzureichende Spannung am Anschluss 125 für einen zuverlässigen Betrieb des Operationsverstärkers 158 geben, was verursachen kann, dass sein Ausgang während des Anlaufes unvorhersehbar ist. Widerstand 224a kann den linearen Regler 222 vor irgendwelchen großen Spitzen im Strom gesehen durch den linearen Regler 222 als ein Ergebnis des unerwünschten Ausgangs des Operationsverstärkers 258 während des Anlaufes schützen.
Wie gezeigt ist der Drain des linearen Reglers 222 mit dem Kreuzungspunkt der Spule 542 und Diode 244 gekoppelt, gezeigt als Anschluss 555 an der geschalteten Seite der Spule 543. In manchen Ausführungsformen ist die Spule 542 als eine Seite eines Transformators (zum Beispiel Transformatorprimäre 242 von 2) implementiert; während in anderen Ausführungsformen Spule 542 als eine Spule oder eine andere ähnlich funktionelle Komponente implementiert ist. Die Source des linearen Reglers 222 ist mit dem Drain der Schaltvorrichtung 246 (zum Beispiel gezeigt als Teil des Schaltwandlermoduls 140) und der Anode der Schottky-Diode 574 (zum Beispiel gezeigt als Teil der Hilfsleistungseinheit 470) bei Anschluss 545 verbunden. Es wird anerkannt werden, dass, mit Schaltvorrichtung 246 und linearem Regler 222 effektiv in Reihe von der Perspektive des Stroms, der durch die Schaltvorrichtung 246 fließt (zum Beispiel oder durch Anschluss 545), die Schaltvorrichtung 246 als eine Niederspannungsvorrichtung implementiert sein kann (das heißt linearer Regler 222 kann verwendet werden, um Spannung und Leistungspegel, die den Nennwert der Schaltvorrichtung 246 überschreiten, auszuhalten).
Das Reglerrückkopplungsmodul 150 kann weiterhin einen Kondensator 252a aufweisen, der zumindest konfiguriert ist, um zu helfen, den Pegel an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125, wie unten detaillierter beschrieben, aufrechtzuerhalten. Da der Kondensator 252a mit Anschluss 125 verbunden ist, können große Beträge an Strom verursachen, dass der Kondensator 252a zu schnell lädt. In manchen Fällen kann dies das Leben des Kondensators 252a verkürzen oder sogar permanenten Schaden anrichten. Von daher sind Ausführungsformen des Widerstands 224a konfiguriert, um den Strom gesehen am Kondensator 252 zu beschränken, um zu helfen, zu verhindern, dass er zu schnell lädt. Weiterhin wird von dem Fachmann anerkannt werden, dass in dieser Konfiguration die Schottky-Diode 574 unerwünschtes Entladen des Kondensators 252a verhindern kann. Weiterer Schutz kann in manchen Ausführungsformen des Reglerrückkopplungsmoduls 150 durch Zenerdiode 254 bereitgestellt werden. Zenerdiode 254 kann konfiguriert sein, um effektiv den Spannungspegel an Anschluss 125 zu klemmen. Dies kann helfen zu verhindern, dass die Spannung eine maximale Nennspannung für Komponenten des Reglerrückkopplungsmoduls 150 und/oder des Schaltsteuerungsmoduls 130 überschreitet, beispielsweise während des Anlaufs.
Das Reglerrückkopplungsmodul 150 weist auch ein Widerstandsteilernetzwerk auf, das Widerstand 224f und Widerstand 224g aufweist. Der Knoten, an dem Widerstand 224f und Widerstand 224g verbunden sind, ist auch mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 258 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 258 kann einen stabilen Referenzpegel, der durch eine Spannungsquelle 256 bereitgestellt wird, überwachen. In einer Ausführungsform stellt die Spannungsquelle 256 einen stabilen Bandlückenreferenzpegel von ungefähr 1,25 V bereit. Das Verhältnis von Widerstand 224f zu Widerstand 224g kann so gewählt werden, dass bei negativer geschlossener Schleifenrückkopplung ein gewünschter Pegel (zum Beispiel „V_CC”) bei Anschluss 125 aufrechterhalten wird (zum Beispiel wird eine geregelte 12-Volt Versorgungsspannung für das Schaltsteuerungsmodul 130 aufrechterhalten).
Es wird anerkannt werden, dass die Leistungsversorgung 500 in ihren Anlauf- und Standbymodi im Wesentlichen ähnlich zu der Leistungsversorgung 200 von 2 arbeiten kann. Dies kann durch die Tatsache beschrieben werden, dass in den Anlauf- und Standbybereichen die erste Kurve 302, die zweite Kurve 304, die dritte Kurve 306, die vierte Kurve 308, die fünfte Kurve 310, die sechste Kurve 312, und die siebte Kurve 314 von 3 im Wesentlichen identisch zu der ersten Kurve 602, der zweiten Kurve 604, der dritten Kurve 606, der siebten Kurve 614, der neunten Kurve 618, der zehnten Kurve 620 und der elften Kurve 622 von 6 jeweils sind. Es ist beachtenswert, dass, aufgrund von Unterschieden in den Schaltkreiskonfigurationen von 2 und 5, manche derselben Wellenformen aktuell entsprechend zu unterschiedlichen Komponenten in 3 und 6 gesehen werden. Beispielsweise zeigt die dritte Kurve 306 von 3 den Strom durch den linearen Regler 222, während die dritte Kurve 606 von 6 eine im Wesentlichen identische Anfangs- und Standbywellenform für den Strom durch Schottky-Diode 574 zeigt.
Im normalen Betrieb kann die Leistungsversorgung 500 signifikant unterschiedlich von der Leistungsversorgung 200 von 2 arbeiten. Bei t = t_STRT wird ein erster PWM-Zyklus durch Ansteuern der Gatespannungen des linearen Reglers 222 und der Schaltvorrichtung 246 mit HIGH (zum Beispiel sie anzuschalten und Strom erlauben zu fließen) gestartet, wie in der zweiten Kurve 604 und der siebten Kurve 614 von 6 jeweils gezeigt. Der Gate der Schaltvorrichtung 246 wird durch den Pegel bei Anschluss 135 angesteuert, was durch einen Gatetreiber 234 und eine Takterweiterungseinheit 410 in dem Schaltsteuerungsmodul 130 gesteuert wird. Der Gate des linearen Reglers 222 wird durch den Pegel bei Anschluss 145 angesteuert, was durch Schalter 262 und Schalter 562a gesteuert werden kann.
Schalter 262 wird durch Anschluss 155 gesteuert und Schalter 562 wird durch Anschluss 455 gesteuert. Beispielsweise kann im Anlaufmodus der Anschluss 155 LOW sein (zum Beispiel um n-Kanalschalter 262 auszuschalten) und Anschluss 455 kann HIGH sein (zum Beispiel um p-Kanalschalter 562a auszuschalten). Indem beide Schalter 262 und Schalter 562a ausgeschaltet werden, kann der Ausgang des Operationsverstärkers 258 verwendet werden, um den Pegel am Anschluss 145 in Rückkopplung wie gewünscht zu steuern. Ausführungsformen des Takterweiterungsmoduls 410 steuern die Pegel am Anschluss 455 und am Anschluss 135, um effektiv den linearen Regler 222 und die Schaltvorrichtung 246 als zwei unabhängige Schaltvorrichtungen zu schalten.
Um das Gate des linearen Reglers 222 HIGH anzusteuern (zum Beispiel um den Pegel bei Anschluss 145 auf einen HIGH-Pegel anzusteuern), kann das Takterweiterungsmodul 410 Anschluss 455 auf einen LOW-Pegel ansteuern, was verursacht, dass Schalter 562a AN geschaltet wird, wodurch der Pegel bei Anschluss 145 im Wesentlichen auf den Pegel bei Anschluss 125 (zum Beispiel „V_CC”) gezogen wird. Beim Schalten von sowohl dem linearen Regler 222 als auch der Schaltvorrichtung 246 kann Stromfluss durch Spule 542 und Schaltvorrichtung 246 initiieren, wie in der zehnten Kurve 620 und der elften Kurve 622 von 6 jeweils gezeigt. Es ist beachtenswert, dass wenn Schaltvorrichtung 246 und linearer Regler 222 zu exakt derselben Zeit an- und ausgeschaltet sind, ein voller PWM-Zyklus der Schaltvorrichtung 246 (beispielsweise und folglich des linearen Reglers 222) für den Ladezyklus verwendet werden würde (zum Beispiel was ähnlich sein kann zu dem Betrieb der Leistungsversorgung 200 von 2).
Wenn der Pegel bei Anschluss 125 unter einen gewünschten geregelten Pegel („V_CCR”) fällt, kann der PWM-Zyklus für den linearen Regler 222 durch das Zykluserweiterungsmodul 410 nach dem PWM-Zyklus für die Schaltvorrichtung 246 bei irgendeinem t_PWM/K erweitert werden. Der Wert von K kann für eine maximal erwartete Hilfsleistung, die durch das Schaltwandlermodul 140 benötigt wird, ausgewählt werden. Beispielsweise kann K = 25 implizieren, dass die Hilfsleistungsanforderung ungefähr 4% der gesamten erwarteten Leistungsausgang des Schaltwandlermoduls 140 ist, was üblicherweise als marginal akzeptabel betrachtet wird. In anderen Beispielen kann K = 50 eine ungefähre 2%-Hilfsleistungsanforderung implizieren, während K = 200 eine ungefähre 0,5%-Hilfsleistungsanforderung implizieren kann.
Die Schaltvorrichtung 246 kann an dem Ende von jedem Schaltvorrichtungs 246 PWM-Zyklus abgeschaltet werden und der lineare Regler 222 kann für die erweiterte Dauer seines PWM-Zyklus des linearen Reglers 222 anbleiben (zum Beispiel das zusätzliche 1/25-tel des Schaltvorrichtung 246-PWM-Zyklus, wobei K = 25). Dies kann durch Verwenden der Zykluserweiterungseinheit 410 implementiert werden, um Anschluss 135 an dem Ende von jedem Schaltvorrichtungs 246-PWM-Zyklus LOW anzusteuern (zum Beispiel über Gatetreiber 234) und Anschluss 455 für die erweiterte Dauer des PWM-Zyklus des linearen Reglers 222 LOW zu halten, bevor letztendlich Anschluss 455 für den Rest (zum Beispiel den nicht erweiterten Teil) des PWM-Zyklus HIGH angesteuert wird.
Es ist beachtenswert, dass Anschluss 455 sowohl mit Schalter 562a, wie oben beschrieben, als auch Schalter 562b verbunden ist, was als ein Teil des Hilfsleistungsmodul 470 gezeigt ist. Von daher werden sowohl Schalter 562a als auch Schalter 562b zu im Wesentlichen derselben Zeit AN sein. Wenn Schaltvorrichtung 246 abgeschaltet und lineare Regler 222 anbleibt (zum Beispiel in dem erweiterten Teil des PWM-Zyklus) kann die Schottky-Diode 574 vorwärts vorgespannt werden, wodurch es Strom erlaubt wird, zu fließen. Da Schalter 562b zu dieser Zeit AN sein wird, wie oben beschrieben, und Schalter 562 parallel mit Widerstand 224a des Reglermoduls 120 ist, kann Schalter 562b effektiv einen Nebenschlussstrompfad bereitstellen, der Widerstand 224a umgeht. Dies kann verursachen, dass Strom in Anschluss 125 versenkt wird, wodurch Kondensator 252a wieder aufgeladen wird. Auf diese Weise kann der erweiterte Teil des PWM-Zyklus verwendet werden, um Hilfsleistung zum Aufrechterhalten eines sauberen Spannungspegels am Anschluss 125 zu erzeugen und somit den Betrieb des Schaltsteuerungsmoduls aufrechterhalten.
Beispielsweise, wenn das Signal gezeigt in der fünften Kurve 610 von 6 (das heißt die Spannung bei Anschluss 455) HIGH geht, kann der lineare Regler 222 anschalten, wodurch effektiv Widerstand 224a kurzgeschlossen wird, und der Strom durch Schottky-Diode 574 verursacht wird, nun nur durch das, was durch die Schaltvorrichtung 246 gerade vor dem Abschalten geflossen ist, beschränkt zu werden. Diese Ereignisse sind in der dritten Kurve 606 und der vierten Kurve 608 von 6 gezeigt (man beachte, dass die vierte Kurve 608 von 6 dieselbe Wellenform wie die dritte Kurve 606 von 6 bei einer unterschiedlichen Stromskala zeigt). In manchen Fällen fließt beinahe der gesamte Laststrom (bezeichnet „I_LD”) durch Schottky-Diode 574 wie in der vierten Kurve 608 von 6 gezeigt. Während der lineare Regler 222 und die Schottky-Diode 574 AN sind, und die Schaltvorrichtung 246 AUS ist, kann der Kondensator 252a schnell wieder aufladen, um irgendeinen Spannungsverlust während des Schaltvorrichtungs 246 PWM-Zyklus (das heißt dem nicht erweiterten Teil der PWM-Periode) wieder aufzufüllen.
Es ist beachtenswert, dass die neunte Kurve 618 eine Spannungsspitze in der Spannung bei Anschluss 555 zeigt, ungefähr gleich V_CC (das heißt der Spannung bei Anschluss 125) plus den Spannungsabfall über Schottky-Diode 574, die für den erweiterten Teil der linearen Regler 222 PWM-Periode anhält (zum Beispiel das 1/25-tel des linearen Regler 222 PWM-Zyklus, der sich nach den Schaltvorrichtungs 246 PWM-Zyklus erstreckt, wobei K = 25). Diese Spannungsspitze kann einen kleinen Rückgang in dem Spulenstrom (das heißt dem Strom durch Anschluss 555) für ihre kleine Dauer verursachen. Jedoch, solange ein groß genuger Wert von K ausgewählt ist, kann die Spannungsspitze den Ausgang der Leistungsversorgung 500 nicht wesentlich beeinflussen.
Eine Funktion, den linearen Regler 222 für eine erweiterte Dauer AN zu halten, kann sein, Hilfsleistung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen, um dem Regelanschluss 125 zu helfen, eine geregelte V_CCR aufrechtzuerhalten, wie oben beschrieben. Auf diese Weise kann der lineare Regler 222 sowohl als ein linearer Regler, während die Leistungsversorgung 500 im Standby- oder Anlaufmodus ist, und auch als eine Zweipunktsteuerung („bang bang”-Wandler), während die Leistungsversorgung im normalen Betriebsmodus ist. Da die „bang bang”-Steuerung nur nötig sein mag, um Spannung zu ergänzen, die durch den Kondensator 252a während des Schaltvorrichtungs 246 PWM-Zyklus verloren wurde, kann es wünschenswert sein, die PWM-Zyklen der Schaltvorrichtung 246 und des linearen Reglers 222 zu synchronisieren (das heißt Anschalten der Schottky-Diode 574 zu vermeiden), während Zyklen, bei denen Anschluss 125 V_CCR überschritten hat (oder wahrscheinlicher, bei denen Anschluss 125 irgendeinen Schwellwertbetrag über V_CCR überschritten hat, bezeichnet als V_CCMX auf der ersten Kurve 602 von 6).
Bei Blick auf die erste Kurve 602 von 6 gibt es einen Punkt in der Zeit (t = t_VCMX), bei der die Spannung an Anschluss 125 des Schaltsteuerungsmoduls 130 den V_CCMX Schwellwert überschreitet. Zu dieser Zeit kann das Schaltsteuerungsmodul 130 (zum Beispiel das Zykluserweiterungsmodul 410) verursachen, dass der lineare Regler 222 und die Schaltvorrichtung 246 im Wesentlichen synchron AN und AUS geschaltet werden, wie durch die zweite Kurve 604 und die siebte Kurve 614 von 6 dargestellt. Dieses Szenario kann weiter durch die Tatsache dargestellt werden, dass die Ladezyklusspannung (zum Beispiel die Spannung gesehen am Anschluss 555) während dieser Zeit in der neunten Kurve 618 von 6 als einen vollständigen Ladezyklus ohne Spannungsspitze aufweisend gezeigt ist. Dieser Zustand kann bleiben, bis die Spannung an Anschluss 125 auf V_CCMN fällt, irgendeinen Schwellwertpegel unter V_CCR, wie in denselben Linien von 6 gezeigt.
Es wird anerkannt werden, dass dieses Rückkopplungssteuerungsverfahren (zum Beispiel eine „bang bang”-Steuerung auf diese Weise verwendend) nur eine von vielen Rückkopplungssteuerungsverfahren ist, von denen viele in der Technik bekannt sind. Beispielsweise können vollständig digitale Steuerungs-, geschaltete vollständig analoge Steuerungs-(zum Beispiel Steuern der Erweiterungsdauer des PWM-Zyklus des linearen Reglers 222, beispielsweise von ungefähr K = 25 bis ungefähr K = 200 oder mehr, in geschlossener Schleifenrückkopplung, während der Pegel bei Anschluss 125 überwacht wird), und/oder andere Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen verwendet der Steuerungsschaltkreis zum Regeln des Ausgangs der Hilfsleistungseinheit 470 einen Aufwärts-/Abwärtszähler. Der Aufwärts-/Abwärtszähler kann die lineare Regler 222 PWM-Zykluserweiterung erzeugen und variieren und die Erweiterungsdauer während jedem nachfolgenden PWM-Zyklus anpassen, abhängig von der gemessenen gewünschten Hilfsausgangsspannung (zum Beispiel weniger Erweiterung verwendend, wenn der Ausgang zu hoch ist und mehr Erweiterung, wenn der Ausgang zu niedrig ist). In einer Ausführungsform, sobald die Erweiterungsdauer auf irgendein vorbestimmtes Minimum geht (zum Beispiel das 1/50-tel des PWM-Zyklus), kann der PWM-Zyklus des lineare Reglers 222 gesetzt werden, um im Wesentlichen der Dauer des PWM-Zyklus der Schaltvorrichtung 246 zu entsprechen, bis der Hilfsspannungsausgang auf einem Pegel geringer als ein voreingestelltes Maximum zurückkehrt. Jedes Steuerungsverfahren kann mehr oder weniger wünschenswert sein, beispielsweise abhängig von der anwendungsbezogenen Wichtigkeit der Änderungssensitivität, den verwendeten Komponenten, Kostenüberlegungen, etc.
Es wird weiterhin anerkannt werden, dass die PWM-Zykluserweiterung des linearen Reglers 222 vor oder nach jedem Anschaltzyklus der Schaltvorrichtung 246 auftreten kann, oder auf andere Weisen. Es wird auch weiterhin anerkannt werden, dass keine dieser verschiedenen Ausführungsformen der Hilfsausgangsspannungssteuerung abhängig von dem Wert oder Regelanforderungen der geschalteten Ausgangsspannung 180 (zum Beispiel V_BOOST) ist. Es wird anerkannt werden, dass Entnehmen von Energie für die Hilfsleistungseinheit 470 während des Eingangsenergiezyklus (zum Beispiel wie entgegengesetzt zu während des Energieausgangszyklus) Energieverlust aufgrund des Hauptleistungsschalters vermeiden kann. Dies kann Ausführungsformen der Erfindung potentiell energieeffizienter machen als diese Leistungsversorgungen, die Ausgangszyklusenergie für Hilfsleistung wiederverwenden.
Der Fachmann wird anerkennen, dass mehr als eine Hilfsleistungseinheit 470 mit der Leistungsversorgung 500 in einer ähnlichen Weise zu der oben offenbarten verbunden sein. Weiterhin kann die Ausgangsspannung von Ausführungsformen der Erfindung zu was auch immer eine Last benötigen kann, geregelt und angepasst werden. Tatsächlich können in Ausführungsformen mit mehr als einem Hilfsausgang diese Hilfsausgänge auch unabhängig voneinander geregelt werden. Sogar weiterhin mögen der Hilfsausgang oder Hilfsausgänge keine Abhängigkeit von der Hauptausgangsleistungsversorgungsspannung und/oder ihren Regelungsanforderungen haben. Sogar weiterhin kann, wenn der Leistungsbedarf der Hauptleistungsversorgung im Standby ist, wobei kein Ausgangsstrombedarf gewünscht oder benötigt ist, diese Erfindung auf einen linearen Anlaufleistungsquellenmodus wie benötigt zurückkehren.
Es ist beachtenswert, dass viele übliche Konfigurationen von Schaltleistungsversorgungen, wie der Leistungsversorgung 200 gezeigt in 2, zwei oder mehrere Leistungsvorrichtungen verwenden können (zum Beispiel Schaltvorrichtung 246 und linearen Regler 222 in 2), um Hochlastleistung als Ströme, die durch unterschiedliche Teile des Leistungsversorgungsschaltkreises fließen, abzuleiten. In der Leistungsversorgung 500 von 5 wird jedoch anerkannt werden, dass die effektive Reihenverbindung zwischen Schaltvorrichtung 246 und linearem Regler 222 (von der Perspektive der Schaltvorrichtung 246) ermöglicht, dass die Schaltvorrichtung 246 als eine Niederspannungsvorrichtung implementiert sein kann.
Ausführungsformen der Leistungsversorgung 500, die Schaltvorrichtung 246 als eine Niederspannungsvorrichtung implementieren, können bestimmte zusätzliche Funktionalität bereitstellen. In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht es das Verwenden einer Niederspannungsschaltvorrichtung 246-Vorrichtung, dass die Schaltvorrichtung 246 innerhalb des Steuerungsschaltkreises integriert ist (zum Beispiel integriert mit dem Schaltsteuerungsmodul 130). Beispielsweise können dieselben integrierten Schaltungs-(„IC”)Implementierungsprozesse und Technologien mit Schaltvorrichtung 246 sowie mit dem anderen Steuerungsschaltkreis verwendet werden. Dies kann ermöglichen, dass die Implementierung der Leistungsversorgung 500 kleiner, billiger und/oder schneller ist. Beispielsweise zeigen manche Schätzungen, dass für jede Reduzierung in dem Spannungsnennwert um einen Faktor von zwei (das heißt um denselben Stromfluss aufrechtzuerhalten), die jeweilige Die-Größe um ungefähr einen Faktor von vier zu verringern im Stande sein kann. Von daher kann, wenn die Schaltvorrichtung 246 als eine 12-Volt Vorrichtung anstelle einer 600-Volt Vorrichtung (mit demselben Stromfluss) implementiert ist, die Die-Größe, die für die Schaltvorrichtung 246 benötigt wird, ungefähr um hundert Mal reduziert werden.
Das Integrieren der Schaltvorrichtung 246 in den Steuerungsschaltkreis kann zusätzliche Funktionalität bereitstellen, wie die Möglichkeit, bestimmte Arten von Sensoren effektiver einzusetzen, um den Betrieb der Leistungsversorgung 500 zu verbessern. In einer Ausführungsform weist die Leistungsversorgung 500 eine integrierte Schaltungsvorrichtung 246 und einen integrierten Temperatursensor auf. Wenn die Schaltvorrichtung 246 eine externe (das heißt nicht integrierte) Vorrichtung wäre, kann das Erfassen der Temperatur der Schaltvorrichtung 246 das Koppeln (zum Beispiel Kleben) eines Temperatursensors mit der Schaltvorrichtung 246, des Isolieren des Sensorsignals, und das Zurückführen des Sensorsignals in den IC erfordern. Mit einem integrierten Temperatursensor kann es jedoch möglich sein, die zusätzlichen Klebe-, Isolations-, und/oder Rückkopplungsprozesse zu vermeiden. In einer anderen Ausführungsform weist die Leistungsversorgung 500 eine integrierte Schaltvorrichtung 246 und einen integrierten Stromsensor auf. Beispielsweise kann das Integrieren einer Stromspiegelvorrichtung signifikant leichter in eine integrierte Umgebung zu implementieren sein, wie von dem Fachmann anerkannt werden wird.
7 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm von beispielhaften Verfahren zum Erzeugen von Hilfsleistung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren 700 beginnt bei Block 710 durch Empfangen eines Aktivierungssignals, um eine Schaltsteuerung zu aktivieren, um mit dem Erzeugen eines Schaltsteuerungssignals zu beginnen. Bei Block 720 kann das Schaltsteuersignal in einen Ladezyklus mit einer Ladezyklusdauer umgewandelt werden. Beispielsweise ist in manchen Ausführungsformen das Schaltsteuersignal ein PWM-Signal, das einen Transistor verwendet, um eine Spule zyklisch zu laden, wobei die Ladezyklusdauer der „An” Teil des Ladezyklus ist.
Während jedes Ladezyklus kann die Ladezyklusdauer erweitert werden, um erweiterte Ladeenergie bei Block 725 zu erzeugen. Die erweiterte Ladeenergie kann dann bei Block 730 verwendet werden, um Hilfsausgangsleistung zu erzeugen. In manchen Ausführungsformen kann bei Block 740 die Hilfsleistung zur Verwendung beim Aufrechterhalten von geeigneter Leistung an die Schaltsteuerung wieder verwendet werden.
Die übrige Energie von jedem Ladezyklus (zum Beispiel die Energie von dem nicht erweiterten Teil des Ladezyklus) kann im Block 750 verwendet werden, um eine Lastausgangsspannung zu erzeugen. In manchen Ausführungsformen wird die Ausgangsspannung verwendet, um eine Last mit Leistung zu versorgen. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ladeenergie durch Laden einer Spule während der Ladezyklusdauer (zum Beispiel der ersten Hälfte des Ladezyklus, wobei der Arbeitszyklus des Ladezyklus 50% ist) erzeugt. Während der zweiten Hälfte des Ladezyklus kann die gespeicherte Energie in der Spule verwendet werden, um einen Kondensator zu laden (oder Ladung in dem Kondensator aufzufüllen). Die Ladung über den Kondensator kann dann als eine Ausgangsspannung zur Verwendung über eine Last verwendet werden.
Ausführungsformen unter Verwendung von Zyklusabbruch
8 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Leistungsversorgung 800 zum Erzeugen von Hilfsleistung unter Verwendung von Zyklusabbruchstechniken gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Das Netzteil 800 empfängt eine Eingangsspannung 102 und erzeugt eine geschaltete Ausgangsspannung 180 mit einer gewünschten Durchschnittsausgangsleistung. Die Leistungsversorgung 800 weist ein Reglermodul 120, ein Schaltsteuerungsmodul 130, ein Schaltwandlermodul 140 und ein Hilfsleistungsmodul 870 auf. Das Schaltsteuerungsmodul 130 weist ein Zyklusabbruchsmodul 810 auf. In manchen Ausführungsformen wird eine Spannung empfangen und gleichgerichtet, um die Eingangsspannung 102 zu erzeugen, wie mit Bezug auf 1 beschrieben.
In manchen Ausführungsformen erzeugt das Zyklusabbruchsmodul 810 in dem Schaltsteuerungsmodul 130 ein Schaltsteuersignal an einem Gatetreiberanschluss 135 zum Steuern des Schaltwandlermoduls 140. Das Schaltwandlermodul 140 kann dann das Schaltsteuersignal in einen Ladezyklus umwandeln. In bestimmten Ausführungsformen ist der Ladezyklus ein PWM-Zyklus mit einem Arbeitszyklus, der eine „An”-Dauer und eine „Aus”-Dauer definiert. Während der „An”-Dauer können ein oder mehr Ladeuntersysteme (zum Beispiel eine Spule oder ein Kondensator) laden. Während das „Aus”-Zyklus kann das Ladeuntersystem oder die Untersysteme teilweise oder vollständig gespeicherte Energie an ein oder mehrere Erzeugeruntersysteme, einschließlich dem Schaltwandlermodul 140, und ein oder mehrere Hilfsleistungsmodule 870 entladen. Ausführungsformen des Zyklusabbruchsmoduls 810 brechen (zum Beispiel kürzen) den Ladezyklus ab, so dass ein Teil des Ladezyklus darauf gerichtet ist, Energie an ein oder mehrere Hilfsleistungsmodule 870 (zum Beispiel Generatoren für Hilfslasten, zum Aufrechterhalten von Steuerleistung, etc.) bereitzustellen.
Im Anlauf- oder Standbymodus wird die Eingangsspannung 102 an das Reglermodul 120 weitergeleitet, welches betreibbar sein kann, um Leistung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen und aufrechtzuerhalten. In manchen Ausführungsformen ist diese Funktionalität im Wesentlichen identisch zu der Funktionalität beschrieben mit Bezugnahme auf 1 und 4. Insbesondere weist bei manchen Ausführungsformen das Reglermodul 120 einen linearen Regler (zum Beispiel einen Verarmungstyptransistor) auf, der in negativer Rückkopplung durch ein Reglerrückkopplungsmodul 150 (beispielsweise einen Operationsverstärker aufweisend) konfiguriert ist, um zu helfen, eine im Wesentlichen konstante Quellenspannung an das Schaltsteuerungsmodul 130 an einem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 bereitzustellen. Rückkopplung von dem Reglerrückkopplungsmodul 150 wird durch das Reglermodul 120 über einen Verstärkerrückkopplungsanschluss 145 empfangen.
Das Schaltsteuerungsmodul 130 kann betreibbar sein, um das Schaltwandlermodul 140 zu steuern, wenn es aktiviert ist. Im Standbymodus kann das Schaltsteuerungsmodul 130 energetisiert in Erwartung eines Aktivierungssignals 112 (zum Beispiel einen „An”-Signal von einer Fernsteuerung) bleiben. Wenn aktiviert kann das Schaltsteuerungsmodul 130 ein oder mehrere Schaltsignale erzeugen. Beispielsweise kann das Schaltsteuerungsmodul 130 Schaltsignale an einem Gatetreiberanschluss 135 zum Ansteuern des Gates einer Schaltvorrichtung in dem Schaltwandlermodul 140 erzeugen.
Wenn das Schaltsteuerungsmodul 130 aktiviert ist, kann das Schaltwandlermodul 140 beginnen, zu arbeiten, um die Wechselspannungseingangsspannung 102 in die geschaltete Ausgangsspannung 180 umzuwandeln. Üblicherweise weist das Schaltwandlermodul 140 eine Schaltvorrichtung (zum Beispiel einen MOSFET) auf, die betreibbar ist, um Informationen von dem Schaltsteuerungsmodul 130 (zum Beispiel über Gatetreiberanschluss 135) zu verwenden, um ein PWM-Signal zu erzeugen. In manchen Ausführungsformen wird die Ausgangsspannung 180 (zum Beispiel oder andere Informationen, wie Strom durch die Schaltvorrichtung in dem Schaltwandlermodul 140) zurück zu dem Schaltsteuerungsmodul 130 durch ein Steuerungsrückkopplungsmodul 160 zurückgekoppelt, um den Ausgang des Schaltwandlermoduls 140 zu regeln.
In manchen Ausführungsformen bricht das Zyklusabbruchsmodul 810 in dem Schaltsteuerungsmodul 130 das PWM-Signal, das das Schaltwandlermodul 140 steuert, ab, wodurch effektiv ein kürzeres PWM-Signal (das heißt eine verkürzte „An”-Dauer aufweisend) zum Laden eines ersten Ladeuntersystems erzeugt wird. Der abgebrochene Teil der „An”-Dauer kann dann zurückgeleitet werden, um ein zweites (zum Beispiel und/oder drittes, viertes, etc.) Ladeuntersystem zu laden. Die Energie, die durch das erste Ladeuntersystem gespeichert wird, kann dann zur Verwendung durch das Schaltwandlermodul 140 umgewandelt werden und die Energie, die durch das zweite Ladeuntersystem gespeichert wurde, kann dann zur Verwendung durch ein oder mehrere Hilfsleistungsmodule 870 umgewandelt werden.
In einer Ausführungsform wird Hilfsleistungsausgang 890a, der durch ein erstes Hilfsleistungsmodul 870a erzeugt wird, wiederverwertet, um Quellenleistung für Komponenten des Schaltsteuerungsmoduls 130 (zum Beispiel über Anschluss 125) aufrechtzuerhalten. Andere Hilfsleistungsausgänge (zum Beispiel 890b–890n) werden durch andere Systeme oder Komponenten, wo verfügbar, verwendet. Das Reglermodul 120 kann deaktiviert werden, sobald das Hilfsleistungsmodul 870 damit beginnt, den Pegel an dem Steuerungsquellenspannungsanschluss 125 zu regeln. Ausführungsformen des Zyklusabbruchsmoduls 810 steuern den Ladezyklus (zum Beispiel und den effektiven Abbruch des Ladezyklus) über Signale an dem Gatetreiberanschluss 135 und einem oder mehreren Hilfssteuerungsanschlüssen 855.
Es wird von dem Fachmann anerkannt werden, dass es eine Anzahl von Arten gibt, um die Leistungsversorgung 800 zu implementieren. 9 zeigt ein schematisches Diagramm einer Schaltleistungsversorgung 900, die Hilfsleistung unter Verwendung einer Ausführungsform des Systems 800 von 8 bereitstellt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. 10 stellt eine beispielhafte Menge an Wellenformen bereit, die an verschiedenen Punkten in der Leistungsversorgung 900 von 9 genommen wurden. Für zusätzliche Klarheit werden 9 und 10 parallel beschrieben.
Die Leistungsversorgung 900 empfängt eine Eingangsspannung 102 und erzeugt eine geschaltete Ausgangsspannung 180 mit einer gewünschten Charakteristik (zum Beispiel einer Durchschnittsausgangsspannung oder Leistung). Die Leistungsversorgung 900 weist ein Reglermodul 120, ein Schaltsteuerungsmodul 130, ein Schaltwandlermodul 140, ein Reglerrückkopplungsmodul 150, ein Steuerungsrückkopplungsmodul 160 und ein Hilfsleistungsmodul 870 auf. Insbesondere ist die Leistungsversorgung 900 von 2, anders als die Leistungsversorgung 200 in 2, ohne Transformatorsekundäre (zum Beispiel Transformatorsekundäre 272 von 2), mit weniger Kondensatoren (zum Beispiel fehlt Kondensator 252b von 2) und nur einer Schottky-Diode (zum Beispiel im Gegensatz zu 2, die Schottky-Diode 274a und Schottky-Diode 274b aufweist) gezeigt.
Die gleichgerichtete Eingangsspannung 102 wird an das Reglermodul 120 weitergeleitet (zum Beispiel durch eine Spule 942 in dem Schaltwandlermodul 140), das betreibbar ist, um Leistung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen und aufrechtzuerhalten (zum Beispiel zumindest in Standby- oder Anlaufmodi). Das Reglermodul 120 weist einen linearen Regler 222, der als ein Verarmungstyp-Leistungs-MOSFET ausgeführt ist, und einen Widerstand 224a in Reihe mit der Source des linearen Reglers 222 auf (zum Beispiel um Einschaltstrom wie oben beschrieben zu begrenzen). Beim initialen Einschalten kann der lineare Regler 222 Anlaufleistung durch Ladeanschluss 125 von der hochspannungsgleichgerichteten Eingangsspannung 102 bereitstellen. Anschluss 125 ist konfiguriert, um eine geregelte Quellenspannung an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen.
Wie gezeigt ist der Drain der Schaltvorrichtung 246 mit dem Kreuzungspunkt der Spule 942 und Diode 244, gezeigt als Anschluss 945 an der geschalteten Seite der Spule 942, gekoppelt. In manchen Ausführungsformen ist die Spule 942 als eine Seite eines Transformators (zum Beispiel Transformatorprimäre 242 von 2) implementiert; während in anderen Ausführungsformen die Spule 942 als eine Spule oder eine andere ähnlich funktionelle Komponente implementiert ist.
Anschluss 945 ist auch mit der Anode der Schottky-Diode 974 verbunden (zum Beispiel als Teil der Hilfsleistungseinheit 870 gezeigt). Die Kathode der Schottky-Diode 974 ist mit dem Drain des linearen Reglers 222 verbunden. In dieser Konfiguration, wenn Schaltvorrichtung 246 AN ist, ist Schottky-Diode 974 umgekehrt vorgespannt, und Strom vom Anschluss 945 fließt durch die Schaltvorrichtung 246. Wenn die Schaltvorrichtung 246 AUS ist und der lineare Regler 222 AN ist, ist die Schottky-Diode 974 vorwärts vorgespannt, wodurch veranlasst wird, dass Strom vom Anschluss 945 durch den linearen Regler 222 fließt.
Der Gateanschluss des linearen Reglers 222 ist mit Anschluss 145 verbunden, der von dem Ausgang eines Operationsverstärkers 258 in dem Reglerrückkopplungsmodul 150 kommt. Das Reglerrückkopplungsmodul 150 kann weiterhin einen Kondensator 252a aufweisen, der konfiguriert ist, um zumindest zu helfen, den Pegel am Anschluss 125 wie oben beschrieben aufrechtzuerhalten. Es wird von dem Fachmann anerkannt werden, dass in dieser Konfiguration der Widerstand 224a, Schottky-Diode 974 und Zenerdiode 254 zusätzliche Regelung und/oder Schutz für das Reglerrückkopplungsmodul 150 wie oben beschrieben bereitstellen können. Das Reglerrückkopplungsmodul 150 weist auch ein Widerstandsteilernetzwerk auf, das einen Widerstand 224f und Widerstand 224g aufweist. Der Knoten, an dem Widerstand 224f und Widerstand 224g verbunden sind, ist auch mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 258 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 258 kann einen stabilen Referenzpegel (zum Beispiel eine Bandlückenreferenz) überwachen, der durch eine Spannungsquelle 256 bereitgestellt wird Das Verhältnis vom Widerstand 224f zu Widerstand 224g kann so gewählt werden, dass bei negativer geschlossener Schleifenrückkopplung ein gewünschter Pegel (zum Beispiel „V_CCR”) an Anschluss 125 aufrechterhalten wird (zum Beispiel eine geregelte 12-Volt Versorgungsspannung wird für das Schaltsteuerungsmodul 130 aufrechterhalten).
Es wird anerkannt werden, dass, in ihrem Anlauf- und Standbymodi, die Leistungsversorgung 900 im Wesentlichen ähnlich zu der Leistungsversorgung 200 von 2 oder der Leistungsversorgung 500 von 5 arbeiten kann. Dies kann durch die Tatsache veranschaulicht werden, dass in den Anfangs- und Standbybereichen, die erste Kurve 302, die zweite Kurve 304, die dritte Kurve 306, die vierte Kurve 308, die fünfte Kurve 310, die sechste Kurve 312, die siebte Kurve 314 und die achte Kurve 316 von 3 im Wesentlichen identisch zu der ersten Kurve 1002, der zweiten Kurve 1004, der dritten Kurve 1006, der siebten Kurve 1014, der achten Kurve 1016, der neunten Kurve 1018, der zehnten Kurve 1020, und der elften Kurve 1022 von 10 jeweils sind.
Im normalen Betrieb kann die Leistungsversorgung 900 signifikant unterschiedlich von der Leistungsversorgung 200 von 2 oder sogar der Leistungsversorgung 500 von 5 arbeiten. Bei t = t_STRT wird ein erster PWM-Zyklus durch Ansteuern der Gatespannung der Schaltvorrichtung 246 HIGH gestartet (zum Beispiel indem sie AN geschaltet wird und Strom erlaubt wird, zu fließen), wie in der siebten Kurve 1014 von 10 gezeigt. Der Schaltvorrichtung 246 wird durch Pegel am Anschluss 135 angesteuert, der durch einen Gatetreiber 234 und eine Zyklusabbruchseinheit 810 in dem Schaltsteuerungsmodul 130 gesteuert werden kann. Dies kann einen Stromfluss durch Spule 942 und Diode 244 (das heißt durch Knoten 945) initiieren, wie in der neunten Kurve 1018 und der elften Kurve 1022 von 10 gezeigt ist.
Statt dass die Schaltvorrichtung 246 Strom für den vollständigen initialen PWM-Ladezyklus leitet (zum Beispiel wie in der Leistungsversorgung 200 von 2), kann der Schaltvorrichtungs 246 Ladezyklus durch t_PWM/K abgebrochen werden. Der Wert von K kann für eine maximal erwartete Hilfsleistung, die durch das Schaltwandlermodul 140 (beispielsweise und/oder irgendeine andere Hilfsleistungsanforderungen von anderen Hilfsleistungsmodulen 870) benötigt wird, ausgewählt werden. Beispielsweise kann K = 25 implizieren, dass die Hilfsleistungsanforderung ungefähr 4% der gesamten erwarteten Leistungsausgang des Rücklaufwandlers ist, was üblicherweise als marginal akzeptabel betrachtet werden kann. In anderen Beispielen kann K = 50 eine ungefähre 2% Hilfsleistungsanforderung implizieren, während K = 200 eine ungefähre 0,5% Hilfsleistungsanforderung implizieren kann.
In jedem PWM-Zyklus, nachdem der Schaltvorrichtungs 246 Ladezyklus abgebrochen ist (zum Beispiel für das letzte 1/25-tel des PWM-Zyklus, wobei K = 25), kann der lineare Regler 222 durch die Handlungen von Schalter 962a und Schalter 262 angeschaltet werden (zum Beispiel gesteuert durch Anschlüsse 855 und 155 jeweils), wie in der fünften Kurve 1010 und der sechsten Kurve 1012 von 10 jeweils gezeigt. Das Signal gezeigt in der fünften Kurve 1010 von 10 kann auch Schalter 962b anschalten. Wenn AN kann der Schalter 962b effektiv den Widerstand 224a des Reglermoduls 120 kurzschließen, wodurch verursacht wird, dass der Strom durch den linearen Regler 222 nur durch das, was durch die Schaltvorrichtung 246 gerade vor dem Abschalten fließt, beschränkt ist (zum Beispiel wie in der zweiten Kurve 1004 von 10 gezeigt). In manchen Fällen kann beinahe der gesamte Strom der Spulen 942 vom Anschluss 945 durch den linearen Regler 222 fließen, wie in der neunten Kurve 1018 von 10 gezeigt. Während der lineare Regler 222 an ist, kann der Kondensator 252a schnell wieder aufladen, um den Spannungsverlust während des anderen (das heißt nicht abgebrochenen) Teils der PWM-Periode (zum Beispiel die anderen 24/25-tel des PWM-Zyklus, wobei K = 25) aufzufüllen.
Es ist beachtenswert, dass die achte Kurve 1016 eine Spannungsspitze in der Spannung bei Anschluss 945 ungefähr gleich zu der Spannung bei Anschluss 125 plus dem Spannungsabfall über die Schottky-Diode 974 zeigt, die für den abgebrochenen Teil der PWM-Periode andauert (zum Beispiel das 1/25-tel des PWM-Zyklus, während dem der lineare Regler 222 an ist, wobei K = 25). Diese Spannungsspitze kann einen kleinen Rückgang in dem Spulen 942 Strom für ihre kleine Dauer verursachen. Jedoch, solange ein groß genuger Wert von K ausgewählt ist, kann die Spannungsspitze den Ausgang der Leistungsversorgung 900 nicht wesentlich beeinflussen. Beispielsweise, wenn V_CCR gleich 12 Volt ist, die gleichgerichtete Eingangsspannung ungefähr 160 Volt ist und K = 25, kann der Spulen 942 Strom nur um ungefähr 8% während der Spannungsspitzendauer zurückgehen (das heißt (1/25)/50%, wobei der Arbeitszyklus des PWM-Zyklus 90% ist).
Eine Funktion des AN-Schaltens des linearen Reglers 222 während des abgebrochenen Teils des PWM-Zyklus kann sein, Hilfsleistungen an das Schaltsteuerungsmodul 130 bereitzustellen, um zu helfen, Anschluss 125 zu regeln, um V_CCR aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann der lineare Regler 222 sowohl als linearer Regler, während die Leistungsversorgung 900 im Standby- oder Anlaufmodus ist, als auch als eine „bang bang”-Steuerung dienen, während die Leistungsversorgung im normalen Betriebsmodus ist. Da die „bang bang”-Steuerung nur nötig sein mag, um Spannungsverlust durch den Kondensator 252a während des nicht abgebrochenen Teils jedes PWM-Zyklus aufzufüllen, kann es wünschenswert sein, zu vermeiden, den linearen Regler 222 während Zyklen anzuschalten, in denen Anschluss 125 V_CCR überschritten hat (oder wahrscheinlicher in denen Anschluss 125 irgendeinen Schwellwertbetrag über V_CCR überschritten hat, bezeichnet als V_CCMX). Es wird anerkannt werden, dass der lineare Regler 222 gemäß seiner Verwendung als ein Regler während Standby oder Anlauf und/oder als eine Leistungsvorrichtung zum Laden der Hilfsleistungsmodule 870 ausgemessen sein kann. Beispielsweise, wenn Hilfsleistungs 890 Anforderungen ein wesentlicher Teil der Ausgangsleistungs 180 Anforderungen sind, kann der lineare Regler 222 dementsprechend ausgemessen sein (zum Beispiel kann als eine größere Leistungsvorrichtung implementiert sein).
Bei Blick auf die erste Kurve 1002 von 10 gibt es einen Punkt in der Zeit (t = t_VCMX), wo die Spannung am Anschluss 125 den V_CCMX-Schwellwert übersteigt. Zu dieser Zeit kann das Schaltsteuerungsmodul 130 den Impuls verhindern, der den linearen Regler 222 während des abgebrochenen Teils des PWM-Zyklus anschaltet, wie durch die zweite Kurve 1004, die dritte Kurve 1006, die vierte Kurve 1008, die fünfte Kurve 1010 und die sechste Kurve 1012 von 10 gezeigt. Dieses Szenario kann weiterhin durch die Tatsache beschrieben werden, dass der PWM-Zyklus während dieser Zeit in der achten Kurve 1016 von 10 als einen vollständigen (nicht abgebrochenen) Ladezyklus ohne Spannungsspitze aufweisend gezeigt ist. Dieser Zustand kann bleiben, bis die Spannung am Anschluss 125 auf V_CCMN fällt, irgendeinen Schwellwertpegel unter V_CCR, wie in denselben Spuren von 10 gezeigt.
Wie oben mit Bezugnahme auf 5 und 6 diskutiert, ist dieses Rückkopplungssteuerungsverfahren nur ein von vielen Rückkopplungssteuerungsverfahren, von denen viele in der Technik bekannt sind. Beispielsweise können vollständig digitale Steuerungs-, geschaltete vollständig analoge Steuerungs-(zum Beispiel Steuern der Weite des linearen Regler 222 Anschaltimpulses, beispielsweise von ungefähr K = 25 auf ungefähr K = 2000 oder mehr, in geschlossener Schleifenrückkopplung, während Anschluss 125 überwacht wird), und/oder andere Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen verwendet der Steuerungsschaltkreis zum Regeln des Hilfsausgangs 890 (zum Beispiel oder Anschluss 125, wenn wie in 9 gezeigt verbunden) der Hilfsleistungseinheit 870 einen Aufwärts-/Abwärtszähler. Der Aufwärts-/Abwärtszähler kann die Impulsweite erzeugen und variieren und die An-Impulsweite während jedem nachfolgenden PWM-Zyklus anpassen, abhängig von der gemessenen gewünschten Hilfsausgangsspannung (zum Beispiel unter Verwendung einer kleineren Impulsweite, wenn der Ausgang zu hoch ist, und einer größeren Impulsweite, wenn der Ausgang zu niedrig ist). In einer Ausführungsform, sobald die Impulsweite unter irgendein voreingestelltes Minimum geht (zum Beispiel 1/50-tel des PWM-Zyklus), kann die An-Impulsweite auf Null gesetzt werden (das heißt Zyklen können übersprungen werden), bis der Hilfsspannungsausgang auf einen Pegel zurückkehrt, der weniger als ein vorbestimmtes Maximum ist. Jedes Steuerungsverfahren kann mehr oder weniger wünschenswert sein, beispielsweise abhängig von anwendungsbezogener Wichtigkeit von Änderungssensitivität, verwendeten Komponenten, Kostenbetrachtungen, etc.
Es wird weiterhin anerkannt werden, dass der Anschaltimpuls des linearen Reglers 222 an irgendeinem Punkt in den PWM-(zum Beispiel dem M1 Anschalt-)Zyklus auftreten kann. Beispielsweise kann der Anschaltimpuls des linearen Reglers 222 an dem Beginn oder in der Mitte von jedem PWM-Impuls auftreten. Es wird daher weiterhin anerkannt werden, dass keine dieser verschiedenen Ausführungsformen der Hilfsausgangsspannungssteuerung abhängig von dem Wert oder Regelungsanforderungen der geschalteten Ausgangsspannung 180 (zum Beispiel V_BOOST) ist. Es wird anerkannt werden, dass Entnehmen von Energie für die Hilfsleistungseinheit 870 während des Eingangsenergiezyklus (beispielsweise wie entgegengesetzt zu während des Energieausgangszyklus) Energieverlust aufgrund des Hauptleistungsschalters vermeiden kann. Dies kann Ausführungsformen der Erfindung potentiell energieeffizienter als diese Leistungsversorgungen machen, die Ausgangszyklusenergie für Hilfsleistung wiederverwerten.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können mehr als eine Hilfsleistungseinheit 870, die mit der Leistungsversorgung 900 gekoppelt ist, bereitstellen. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Anzahl von Hilfsleistungseinheiten 870 dieselben oder unterschiedliche Komponenten verwenden, um PWM-Zyklusperioden in Bruchstücken zu teilen. Weiterhin sind in manchen Ausführungsformen manche oder alle der zusätzlichen Hilfsleistungseinheiten 870 hocheffiziente Schaltwandler, die im Wesentlichen wie das Schaltwandlermodul 130 implementiert sind. In einer Ausführungsform ist eine Menge von Komponenten (zum Beispiele eine zweite Schottky-Diode, ein zweiter linearer Regler, und zugeordnete Steuerungs- und Ausgangsfilterungskomponenten) mit Anschluss 945 verbunden, um einen zweiten Hilfsleistungsausgang 870b zu erzeugen, wie in 8 gezeigt.
Aus zumindest diesen Gründen kann die Ausgangsspannung von Ausführungsformen der Erfindung auf was auch immer eine Last benötigen könnte, reguliert und angepasst werden. Tatsächlich können in Ausführungsformen mit mehr als einem Hilfsausgang diese Hilfsausgänge unabhängig voneinander geregelt werden. Weiterhin mögen der Hilfsausgang oder die Hilfsausgänge keine Abhängigkeit von der Hauptausgangsleistungsversorgungsspannung und/oder ihren Regelungsanforderungen haben. Sogar weiterhin, wenn der Leistungsbedarf der Hauptleistungsversorgung im Standby ist, so kein Ausgangsstrombedarf gewünscht oder benötigt ist, kann diese Erfindung zu einem linearen Anlaufleistungsquellenmodus wie benötigt zurückkehren.
Es ist beachtenswert, dass es nicht möglich sein mag, oder relativ sehr schwierig sein mag, zusätzliche Hilfsleistungseinheiten in der Leistungsversorgung 200 von 2 bereitzustellen. Ein Grund ist, dass die Ausgangsspannungen alle mit V_BOOST gekoppelt sein können, so dass nur Bruchstücke von V_BOOST durch die Hilfsleistungseinheiten erzeugt werden können. Ein anderer Grund ist, dass jede separate Hilfsleistungseinheit eine zusätzliche Transformatorwicklung benötigen kann.
11 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm von beispielhaften Verfahren zum Erzeugen von Hilfsleistung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren 1100 beginnt bei Block 1110 durch Empfangen eines Aktivierungssignals, um eine Schaltsteuerung zu aktivieren, um zu beginnen, ein Schaltsteuersignal zu erzeugen. Bei Block 1120 kann das Schaltsteuersignal in einen Ladezyklus mit einer Ladezyklusdauer umgewandelt werden. Beispielsweise ist in manchen Ausführungsformen das Schaltsteuersignal ein PWM-Signal, das einen Transistor verwendet, um zyklisch eine Spule zu laden.
Während jedes Ladezyklus kann ein Teil der Energie bei Block 1130 zur Verwendung beim Erzeugen von Hilfsleistung entnommen werden. In manchen Ausführungsformen können mehrere Teile des Ladezyklus zur Verwendung beim Erzeugen von mehreren Hilfsleistungsquellen entnommen werden. Weiterhin kann in manchen Ausführungsformen bei Block 1140 die Hilfsleistung zur Verwendung beim Aufrechterhalten von geeigneter Leistung an die Schaltsteuerung wiederverwendet werden.
In manchen Ausführungsformen kann die übrige Energie von jedem Ladezyklus (zum Beispiel die Energie von dem nicht entnommenen Teil des PWM-Zyklus) im Block 1150 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung verwendet werden. In manchen Ausführungsformen wird die Ausgangsspannung zum Versorgen einer Last mit Energie verwendet. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ladeenergie durch Laden einer Spule während der Ladezyklusdauer erzeugt (zum Beispiel der ersten Hälfte des Ladezyklus, wobei der Arbeitszyklus des Ladezyklus 50% ist). Während der zweiten Hälfte des Ladezyklus kann die gespeicherte Energie in der Spule verwendet werden, um einen Kondensator zu laden (oder die Ladung in dem Kondensator aufzufüllen). Die Ladung über den Kondensator kann dann als eine Ausgangsspannung zur Verwendung über eine Last verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Verfahren, Systeme und Vorrichtungen, die oben diskutiert wurden, lediglich als Beispiele gedacht sind. Insbesondere kann jeder Schaltleistungswandler, der anfänglich eine Spule lädt und dann sie in einer gestreuten Weise entlädt, um die benötigte Spannungsumwandlung zu erzeugen, von dieser Erfindung profitieren. Beispielsweise können Ausführungsformen der Erfindung mit „harter Schaltung”, „weicher Schaltung”, Hochsetz-, Rücksetz-, Rücklauf- oder irgendwelchen anderen Schaltleistungsversorgungen basierend auf Spulenladenzyklen implementiert werden. Tatsächlich ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt, mit Schaltleistungsversorgungen verwendet zu werden. Die Erfindung erlaubt potentiell die Erzeugung einer nicht isolierten Leistungsversorgung solange, wie irgendeine Spule, die mit einer Leistungsquelle verbunden ist, verfügbar ist. Beispielsweise kann eine Wicklung von einem Motor oder einem Transformator (der im Wesentlichen eine Spule sein kann) verwendet werden, um eine Hilfsleistungsversorgung unter Verwendung von Techniken und Komponenten dieser Erfindung zu erzeugen.
Es muss betont werden, dass verschiedene Ausführungsformen verschiedene Verfahren oder Komponenten wie geeignet weglassen, ersetzen oder hinzufügen können. Beispielsweise sollte anerkannt werden, dass in alternativen Ausführungsformen, die Verfahren in einer unterschiedlichen Reihenfolge als der beschriebenen durchgeführt werden können, und dass verschiedene Schritte hinzugefügt, weggelassen oder kombiniert werden können. Auch können Merkmale, die mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben sind, in verschiedenen anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Unterschiedliche Aspekte und Elemente der Ausführungsformen können in einer ähnlichen Weise kombiniert werden. Es sollte auch hervorgehoben werden, dass sich die Technologie fortentwickelt, und somit viele der Elemente Beispiele sind und nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend interpretiert werden sollten.
Es sollte auch anerkannt werden, dass die folgenden Systeme, Verfahren und Software individuell oder kollektiv Komponenten eines größeren Systems sein können, wobei andere Prozeduren vor deren Anwendung vorgehen können oder deren Anwendung anderweitig modifizieren können. Auch kann eine Anzahl von Schritten vor, nachdem oder gleichzeitig mit den folgenden Ausführungsformen benötigt werden.
Spezielle Details sind in der Beschreibung gegeben, um ein Gesamtverständnis der Ausführungsformen bereitzustellen. Jedoch wird der Fachmann verstehen, dass diese Ausführungsformen ohne diese speziellen Details ausgeführt werden können. Beispielsweise wurden bekannte Schaltungen, Prozesse, Algorithmen, Strukturen, Wellenformen und Techniken ohne unnötige Details gezeigt, um ein Verschleiern der Ausführungsformen zu vermeiden.
Weiterhin kann an verschiedenen Punkten durch die Beschreibung hindurch angenommen werden, dass alle Komponenten ideal sind (zum Beispiel, dass sie keine Verzögerung erzeugen und verlustlos sind), um die Beschreibung der Schlüsselideen der Erfindung zu vereinfachen. Der Fachmann wird anerkennen, dass nicht ideale Zustände durch bekanntes Ingenieur- und Entwurfswissen gehandhabt werden können. Es wird weiterhin von dem Fachmann verstanden werden, dass die Ausführungsformen mit wesentlichen Äquivalenten oder anderen Konfigurationen ausgeführt werden können. Beispielsweise können Schaltungen, die mit Bezug auf n-Kanaltransistoren beschrieben sind, auch mit p-Kanalvorrichtungen implementiert werden, unter Verwendung von Modifikationen, die dem Fachmann bekannt sind.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Ausführungsformen als ein Prozess beschrieben sein können, welche als ein Flussdiagramm oder Blockdiagramm dargestellt ist. Obwohl jedes die Operationen als einen sequentiellen Prozess beschreiben kann, können viele dieser Operationen parallel oder gleichzeitig durchgeführt werden. Zusätzlich kann die Reihenfolge der Operationen neu angeordnet werden. Ein Prozess kann zusätzliche Schritte aufweisen, die nicht in der Figur enthalten sind.
Zusätzlich sollte die obige Beschreibung nicht als den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen beschrieben ist, einschränkend betrachtet werden.
Zusammenfassung
Verfahren, Systeme und Vorrichtungen werden für Hilfsleistung mit niedrigem Standby-Leistungsverbrauch beschrieben. Schaltleistungswandler weisen üblicherweise ein Schaltleistungselement (zum Beispiel einen Leistungstransistor) auf, der durch eine Schaltsteuerung (der beispielsweise einen Gatetreiber aufweist) angesteuert wird. Der Leistungsausgang des Schaltleistungswandlers kann eine Funktion des Schaltsignals sein, das durch den Schaltwandler bereitgestellt wird. Beispielsweise kann ein pulsweitenmoduliertes („PWM”)-Signal verwendet werden, um das Schaltleistungselement anzusteuern, und der Ausgang des Schaltwandlers kann durch Anpassen der Frequenz und/oder des Arbeitszyklus des PWM-Signals angepasst werden. Ausführungsformen implementieren Zyklusausdehnungstechniken, um effektiv einen Teilbereich des PWM-Signals auszudehnen, um zusätzliche Ladung zu erzeugen. Die zusätzliche Ladung kann verwendet werden, um eine Hilfsleistungseinheit mit Leistung zu versorgen. Die Hilfsleistungseinheit kann dann verwendet werden, um den Schaltwandler anzusteuern und/oder um eine Leistungsquelle für andere interne oder externe Komponenten bereitzustellen.

Claims

Leistungsversorgung, aufweisend: ein Schaltsteuerungsmodul, das betreibbar ist, um ein Lastschaltsignal und ein Hilfsschaltsignal zu erzeugen, wobei: das Lastschaltsignal Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Lastschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die eine Ladedauer definiert, wobei ein erster Teil der Ladedauer als eine Funktion einer Betriebslastleistung definiert ist, und ein zweiter Teil der Ladedauer als eine Funktion einer Betriebshilfsleistung definiert ist; und das Hilfsschaltsignal Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Hilfsschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die durch den zweiten Teil der Ladedauer definiert ist; ein Lastleistungsmodul, das kommunikativ mit dem Schaltsteuerungsmodul gekoppelt ist, und betreibbar ist, um Ausgangslastleistung als eine Funktion eines Eingangsleistungssignals und dem Lastschaltsignal zu erzeugen, so dass die Ausgangslastleistung während des ersten Teils der Ladedauer erzeugt wird; und ein Hilfsleistungsmodul, das kommunikativ mit dem Schaltsteuerungsmodul gekoppelt ist, und betreibbar ist, um eine Ausgangshilfsleistung als eine Funktion des Eingangsleistungssignals, dem Lastschaltsignal und dem Hilfsschaltsignal zu erzeugen, so dass die Ausgangshilfsleistung während des zweiten Teils der Ladedauer erzeugt wird.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, wobei: das Schaltsteuerungsmodul konfiguriert ist, um durch einen Quellenspannungspegel innerhalb eines Betriebsbereichs mit Leistung versorgt zu werden; und das Hilfsleistungsmodul weiterhin betreibbar ist, um die Quellenspannung im Wesentlichen innerhalb des Betriebsbereichs aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: ein Lastleistungsrückkopplungsmodul, das betreibbar ist, um: die Ausgangslastleistung zu überwachen; und die Impulsweite von zumindest manchen der Impulse des Lastschaltsignals anzupassen, um die Ausgangslastleistung im Wesentlichen bei der Betriebslastleistung aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: ein Lastleistungsrückkopplungsmodul, das betreibbar ist, um: die Ausgangslastleistung zu überwachen; und die Frequenz des Lastschaltsignals anzupassen, um die Ausgangslastleistung im Wesentlichen bei der Betriebslastleistung aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: ein Hilfsleistungsrückkopplungsmodul das betreibbar ist, um: die Ausgangshilfsleistung zu überwachen; und die Impulsweite von zumindest manchen der Impulse des Hilfsschaltsignals anzupassen, um die Ausgangshilfsleistung im Wesentlichen bei der Betriebshilfsleistung aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: ein Reglermodul, das eine Hochleistungsreglervorrichtung aufweist, die betreibbar ist, um eine geregelte Quellenspannung als eine Funktion des Eingangsleistungssignals zu erzeugen, wobei das Lastleistungsmodul eine Niederleistungsschaltvorrichtung in Reihe mit der Hochleistungsregelvorrichtung aufweist.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 6, wobei: die Hochleistungsregelvorrichtung als eine Funktion des Hilfsschaltsignals geschaltet ist und die Niederleistungsschaltvorrichtung als eine Funktion des Lastschaltsignals geschaltet ist, sodass Ladestrom zu dem Hilfsleistungsmodul durch die Hochleistungsregelvorrichtung während des zweiten Teils der Ladedauer geleitet wird.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 7, wobei: das Reglermodul weiterhin eine Strombegrenzungsvorrichtung aufweist; das Hilfsleistungsmodul weiterhin einen geschalteten Strompfad im Wesentlichen parallel zu der Strombegrenzungsvorrichtung aufweist und konfiguriert ist, so dass Strom durch die Strombegrenzungsvorrichtung geleitet wird, wenn der geschaltete Strompfad abgeschaltet ist, und Strom durch den geschalteten Strompfad geleitet wird, wenn der geschaltete Strompfad angeschaltet ist, wobei der geschaltete Strompfad und die Hochleistungsregelvorrichtung im Wesentlichen synchron als eine Funktion des Hilfsschaltsignals geschaltet sind, so dass Ladestrom, der zu dem Hilfsleistungsmodul während des zweiten Teils der Ladedauer geleitet wird, durch den geschalteten Strompfad geleitet wird.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 6, weiterhin aufweisend: einen integrierten Schaltkreis, der das Schaltsteuerungsmodul und das Lastleistungsmodul aufweist.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: ein Reglermodul, das betreibbar ist, um eine geregelte Quellenspannung als eine Funktion des Eingangsleistungssignals zu erzeugen, wobei das Schaltsteuerungsmodul konfiguriert ist, um in einem ersten Modus und einem zweiten Modus zu arbeiten, so dass das Schaltsteuerungsmodul das Lastschaltsignal nur in dem zweiten Modus erzeugt, und das Schaltsteuerungsmodul durch die geregelte Quellenspannung nur in dem ersten Modus mit Leistung versorgt wird.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 10, wobei: das Schaltsteuerungsmodul weiterhin konfiguriert ist, um von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus bei Empfang eines Aktivierungssignals zu schalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, wobei das Lastleistungsmodul einen Hochsetzwandler aufweist.
Leistungsversorgung, aufweisend: Mittel zum Erzeugen eines Lastschaltsignals, das Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Lastschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die eine Ladedauer definiert, wobei ein erster Teil der Ladedauer als eine Funktion einer Betriebslastleistung definiert ist und ein zweiter Teil der Ladedauer als eine Funktion einer Betriebshilfsleistung definiert ist. Mittel zum Erzeugen eines Hilfsschaltsignals, das Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Hilfsschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die durch den zweiten Teil der Ladedauer definiert ist; Mittel zum Erzeugen einer Ausgangslastleistung während des ersten Teils der Ladedauer als eine Funktion eines Eingangsleistungssignals und des Lastschaltsignals; und Mittel zum Erzeugen einer Ausgangshilfsleistung während des zweiten Teils der Ladedauer als eine Funktion des Eingangsleistungssignals, des Lastschaltsignals, und des Hilfsschaltsignal.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend: Mittel zum Versorgen der Mittel zum Erzeugen des Lastschaltsignals mit Leistung durch Umwandeln von Ausgangshilfsleistung in eine Quellenspannung, die an die Mittel zum Erzeugen des Lastschaltsignals angelegt wird.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend: Mittel zum Überwachen der Ausgangslastleistung; und Mittel zum Anpassen der Impulsweite von zumindest manchen der Impulse des Lastschaltsignals, um die Ausgangslastleistung im Wesentlichen bei der Betriebslastleistung aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend: Mittel zum Überwachen der Ausgangslastleistung; und Mittel zum Anpassen der Frequenz des Lastschaltsignals, um die Ausgangslastleistung im Wesentlichen bei der Betriebslastleistung aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend. Mittel zum Überwachen der Ausgangshilfsleistung; und Mittel zum Überwachen der Impulsweite von zumindest manchen der Impulse des Hilfsschaltsignals, um die Ausgangshilfsleistung im Wesentlichen bei der Betriebshilfsleistung aufrechtzuerhalten.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend: Mittel zum integrierten Aufnehmen von zumindest den Mitteln zum Erzeugen des Lastschaltsignals und den Mitteln zum Erzeugen der Ausgangslastleistung.
Leistungsversorgung gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend: Mittel zum Aufnehmen von zumindest den Mitteln zum Erzeugen des Lastschaltsignals, den Mitteln zum Erzeugen des Hilfsschaltsignals.
Verfahren zum Versorgen mit Leistung, aufweisend: Erzeugen eines Ladezyklus für ein Leistungswandlermodul, wobei der Ladezyklus eine Ladedauer aufweist; Laden eines ersten Leistungsuntersystems während eines ersten Teils der Ladedauer unter Verwendung des Leistungswandlermoduls; Laden eines zweiten Leistungsuntersystems während eines zweiten Teils der Ladedauer unter Verwendung des Leistungswandlermoduls; Ausgeben einer Ausgangslastleistung unter Verwendung des ersten Leistungsuntersystems; und Ausgeben einer Ausgangshilfsleistung unter Verwendung des zweiten Leistungsuntersystems.
Verfahren gemäß Anspruch 20, weiterhin aufweisend: Bestimmen einer Betriebslastleistung und eine Betriebshilfsleistung; Regeln einer Dauer des ersten Teils der Ladedauer als eine Funktion der Betriebslastleistung; und Regeln einer Dauer des zweiten Teils der Ladedauer als eine Funktion der Betriebshilfsleistung, wobei die Ladedauer im Wesentlichen die Summe der Dauer des ersten Teils und der Dauer des zweiten Teils ist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei Erzeugen des Ladezyklus für das Leistungswandlermodul aufweist: Erzeugen eines Lastschaltsignals, das Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Lastschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die die Ladedauer definiert; und Erzeugen eines Hilfsschaltsignals, das Impulse aufweist, wobei jeder Impuls des Hilfsschaltsignals eine Impulsweite aufweist, die durch den zweiten Teil der Ladedauer definiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 22, weiterhin aufweisend: Bestimmen einer Betriebslastleistung; Überwachen der Ausgangslastleistung in Bezug auf die Betriebslastleistung; und Anpassen der Impulsweite von zumindest manchen der Impulse des Lastschaltsignals, um die Ausgangslastleistung im Wesentlichen bei der Betriebslastleistung aufrechtzuerhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 22, weiterhin aufweisend: Bestimmen einer Betriebslastleistung; Überwachen der Ausgangslastleistung mit Bezug auf die Betriebslastleistung; und Anpassen der Frequenz des Lastschaltsignals, um die Ausgangslastleistung im Wesentlichen bei der Betriebslastleistung aufrechtzuerhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 22, weiterhin aufweisend: Bestimmen einer Betriebshilfsleistung; Überwachen der Ausgangshilfsleistung in Bezug auf die Betriebshilfsleistung; und Anpassen der Impulsweite von zumindest manchen der Impulse des Hilfsschaltsignals, um die Ausgangshilfsleistung im Wesentlichen bei der Betriebshilfsleistung aufrechtzuerhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 20, weiterhin aufweisend: Umwandeln von zumindest einem Teil der Ausgangshilfsleistung in eine geregelte Quellenspannung, wobei Erzeugen des Ladezyklus für das Leistungswandlermodul das Verwenden eines Ladezykluserzeugers aufweist, um den Ladezyklus zu erzeugen, und der Ladezyklus durch die geregelte Quellenspannung mit Leistung versorgt wird.