DE112015007044T5 - Schaltleistungswandler mit magnetisierender Stromformung - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Schaltleistungswandler bereitgestellt, der mindestens zwei Spitzenstromschwellen verwendet. Insbesondere arretiert der Schaltleistungswandler einen gewünschte Spitzenstrom, damit er nicht unter einen niedrigen Spitzenstromschwellenwert fällt, während eine gleichgerichtete Eingangsspannung abnimmt, und nicht unter einen hohen Spitzenstromschwellenwert nach Nulldurchgängen für einen Eingangswechselspannung fällt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung betrifft Schaltleistungswandler, und betrifft insbesondere einen Schaltleistungswandler mit magnetisierender Stromformung.
  • HINTERGRUND
  • Die einstufige Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungswandlung ist eine kostengünstige und darum beliebte Stromversorgungstopologie für Anwendungen wie zum Beispiel Beleuchtung mittels Festkörperleuchtvorrichtungen. Ein wichtiger Parameter für einen einstufigen Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsschaltwandler ist sein Leistungsfaktor, das heißt das Verhältnis von echter Leistung, die durch das Wechselstromnetz in den einstufigen Wechselstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler eingespeist wird, zu scheinbarer Leistung, die in den einstufigen Wechselstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler eingespeist wird. Die scheinbare Leistung wird im Gegensatz zur realen Leistung nicht durch die Phase zwischen dem Eingangsstrom und der Spannung beeinflusst. Der Leistungsfaktor wird darum abgesenkt, wenn der Eingangsstrom und die Spannung, phasenungleich sind. Die gleichgerichtete Eingangsspannung in einen einstufigen Wechselstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler wechselt zyklisch zwischen ungefähr null Volt und der Leitungsspitzenspannung (zum Beispiel 120 V * 1,414 in den USA) mit der doppelten Frequenz für das Wechselstromnetz. Aufgrund dieser Sinuspulse oder -zyklen der gleichgerichteten Eingangsspannung sollte der Eingangsstrom ein ähnliches Profil haben, um einen hohen Leistungsfaktor zu erreichen, wie zum Beispiel durch die Verwendung eines zweckmäßig modifizierten Spitzenstroms oder einer Konstante-Ein-Zeit-Steuerungsmethodologie.
  • Um einen hohen Leistungsfaktor in einem einstufigen Leistungswandler zu erreichen, wird herkömmlicherweise entweder eine Spitzenstrom-Steuerungsmethodologie oder eine Konstante-Ein-Zeit-Steuerungsmethodologie verwendet. In beiden dieser Techniken, wie in 1 gezeigt, wird ein Eingangsstrom 105 wiederholt ein-gepulst und steigt auf einen Spitzenwert, bevor er zyklisch ausgeschaltet wird. Der Eingangsstrom 105 kann auch als ein magnetisierender Strom bezeichnet werden. Der Spitzenwert für den Eingangsstrom 105 für jeden Zyklus hat ein Profil oder eine Schwellenenveloppe 100, das bzw. die einer gleichgerichteten Eingangsspannung 110 für den Schaltleistungswandler ähnelt, so dass ein hoher Leistungsfaktor erreicht wird. Es ist aber zu beachten, dass das Spitzenstromprofil 100 an einem Eingangswechselstrom-Nulldurchgangspunkt 115 auf null abnimmt. Sollte der Eingangsstrom durch eine Triac zugeführt werden, wie es für Dimmzwecke bei Beleuchtungsanwendungen mit Festkörperleuchtvorrichtungen herkömmlich ist, so ist diese Verringerung des Spitzenstromprofils 100 problematisch, da eine Triac einen Triac-Mindesthaltestromschwelle 120 für ihren Betrieb erfordert. Die Triac würde sich somit zurücksetzen, wenn das Spitzenstromprofil 100 unter die Triac-Mindesthaltestromschwelle 120 absinkt. Die Triac setzt sich so lange zurück, bis das Spitzenstromprofil 100 wieder über die Triac-Mindesthaltestromschwelle 120 steigt. Das Ergebnis dieser Mehrfachzündung der Triac ist, dass ein Benutzer einer Beleuchtungsanwendung mit einer Festkörperleuchtvorrichtung, wie zum Beispiel eine LED-Lampe, die durch einen einstufigen Leistungswandler mit hohem Leistungsfaktor betrieben wird, ein Flackern wahrnimmt. Außerdem unterliegt der Schaltleistungswandler einer Wärmebelastung.
  • Um das Flackern und die Wärmebelastung zu mindern, die durch ein Mehrfachzünden der Triac verursacht werden, wird herkömmlicherweise eine Mindestspitzenstromschwelle 200 implementiert, wie in Figur 2 für ein Spitzenstromprofil 205 gezeigt. Die Mindestspitzenstromschwelle 200 wird so gewählt, dass der resultierende magnetisierende Spitzenstrom nicht unter die Triac-Mindesthaltestromschwelle 120 fällt, die mit Bezug auf 1 besprochen wurde. Obgleich dadurch verhindert wird, dass sich die Triac zurücksetzt, verschlechtert sich der Leistungsfaktor, da sich die gleichgerichtete Eingangsspannung und die Spitzenstromprofile dann unterscheiden, wenn die gleichgerichtete Eingangsspannung unter die Mindestspitzenstromschwelle 200 fällt. Es muss darum ein Kompromiss zwischen der Erhöhung des Leistungsfaktors und der Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Triac-Rücksetzung gefunden werden. Es ist zu beachten, dass die Minimierung der Kosten in Beleuchtungsanwendungen mit Festkörperleuchtvorrichtungen kritisch ist, so dass herkömmlicherweise auf die Verwendung eines Snubbers für die gleichgerichtete Eingangsspannung verzichtet wird. Aber der Verzicht auf einen Snubber verschlechtert den Kompromiss, da die Mindestspitzenstromschwelle 200 in Snubber-losen Ausführungsformen in der Regel erhöht werden muss.
  • Dementsprechend besteht auf diesem technischen Gebiet Bedarf an einstufigen Leistungswandlern, die eine zuverlässige Leistungsfaktorkorrektur aufweisen, während die einen ausreichenden Triac-Haltestrom besitzen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird ein Schaltleistungswandler bereitgestellt, der einen Spitzenwert für einen magnetisierenden Strom gemäß mindestens zwei Schwellen arretiert. Insbesondere variiert der Schaltleistungswandler die Arretierung als eine Funktion der Nulldurchgänge für eine Eingangswechselspannung oder einen Eingangswechselstrom. Während eine gleichgerichtete Eingangsspannung abnimmt und sich jedem Nulldurchgang nähert, arretiert der Schaltleistungswandler den Spitzenstrom in Reaktion auf eine niedrige Spitzenstromschwelle. Im Gegensatz dazu arretiert der Schaltleistungswandler den Spitzenstrom in Reaktion auf eine hohe Spitzenstromschwelle nach jedem Nulldurchgang, während die gleichgerichtete Eingangsspannung zunimmt.
  • Der Leser weiß diese vorteilhaften Merkmale anhand des Studiums der folgenden detaillierten Beschreibung besser zu würdigen.
  • Figurenliste
    • 1A veranschaulicht eine gleichgerichtete Eingangsspannung.
    • 1B veranschaulicht ein Spitzenstromprofil, das gemäß dem Profil für die gleichgerichtete Eingangsspannung von 1A geformt ist.
    • 2 veranschaulicht ein Spitzenstromprofil, das gemäß einer herkömmlichen niedrigen Spitzenstromschwelle arretiert wird.
    • 3 veranschaulicht ein Spitzenstromprofil, das gemäß einem Aspekt der Offenbarung arretiert wird.
    • 4 ist ein Schaubild eines Flyback-Wandlers gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
    • 5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Arretieren eines Spitzenstrombefehls gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
    • 6 veranschaulicht ein Spitzenstromprofil, das gemäß variablen Spitzenstromschwellen gemäß einem Aspekt der Offenbarung arretiert wird.
    • 7 veranschaulicht einen Buck-Boost-Wandler, der eine Steuereinheit enthält, die dafür konfiguriert ist, das Verfahren von 5 zu implementieren.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorteile werden am besten anhand des Studiums der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden. Es ist anzumerken, dass gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente zu identifizieren, die in einer oder mehreren der Figuren veranschaulicht sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Der offenbarte Schaltleistungswandler nutzt die herkömmliche Funktionsweise einer Dimmersteuereinheit, die bestimmt, ob Dimmen angewendet wird. Wird eine solche Bestimmung vorgenommen, so ruft der Schaltleistungswandler einen Dimm-Modus auf, in dem eine relativ große Mindest-Spitzenstromschwelle verwendet wird. In dieser Hinsicht ist es üblich, ebenfalls eine Abzapfschaltung zu aktivieren, um einen ausreichenden Haltestrom für die Triac während der Dimm-Anwendung beizubehalten. Somit wird einem Flackern während der Dimm-Anwendung entgegengewirkt. Aber ein Nutzer kann den Dimmerschalter so drehen, dass die volle Leistung an den Schaltleistungswandler angelegt wird. Dann wird ein Null-Dimmer- oder dimmerloser Betriebsmodus aufgerufen. Während dieses dimmerlosen Betriebsmodus muss ein Schaltleistungswandler einen erforderlichen Leistungsfaktorpegel erfüllen. Wie zuvor besprochen, steht die Aufrechterhaltung eines hohen Leistungsfaktors dem Beibehalten eines ausreichenden Haltestroms für die Triac in einem Phasenanschnitt-Dimmer entgegen, so dass das Risiko eines Flackerns erhöht wird.
  • Um der Notwendigkeit eines verbesserten Leistungsfaktors in einstufigen Wechselstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandlern gerecht zu werden, während ein ausreichender Triac-Haltestrom für einen Phasenanschnitt-Dimmerschalter während eines dimmerfreien Betriebsmodus bereitgestellt wird, wird die Mindestspitzenstromschwelle für den magnetisierenden Strom in Abhängigkeit davon geändert, ob die gleichgerichtete Eingangsspannung von dem Eingangswechselspannungs-Nulldurchgang fort zunimmt oder in dessen Richtung hin abnimmt. Während die gleichgerichtete Eingangsspannung in Richtung null fällt, verwendet der offenbarte Schaltleistungswandler eine relativ niedrige Spitzenstromschwelle. Wenn aber die gleichgerichtete Eingangsspannung von null ansteigt, so verwendet der Schaltleistungswandler eine relativ höhere Spitzenstromschwelle. Auf diese Weise kann die Phase des Spitzenstromprofils mit der gleichgerichteten Eingangsspannung abfallen, wenn sie in Richtung null fällt, so dass ein relativ hoher Leistungsfaktor erreicht wird. Wenn aber die gleichgerichtete Eingangsspannung von null aus zunimmt, so hält die relativ hohe Mindestspitzenstromschwelle den Triac-Haltestrom ausreichend hoch, so dass die Triac keinerlei wiederholtem Zurücksetzen unterliegt, das sich darauf ergibt, dass kein ausreichender Haltestrom während der ansteigenden Flanke für die gleichgerichtete Eingangsspannung beibehalten wird.
  • Ein Paar beispielhafter Mindest-Spitzenstromschwellen sind in 3 gezeigt. Wenn der Spitzeneingangs (I_PK)-Strom in dem Halbzyklus der abfallenden Flanke 310 in Richtung null abfällt, so ruft der entsprechende Schaltleistungswandler eine „NIEDRIGE“ I_PK-Schwelle 300 auf. Das zyklische Schalten des entsprechenden Eingangsstroms ist in 3 im Interesse einer übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigt. Wenn der Eingangsstrom während eines Halbzyklus einer ansteigenden Flanke 315 von null aus ansteigt, so ruft der Schaltleistungswandler eine „HOHE“ I_PK-Schwelle 305 auf. Wir wenden uns wieder 1 zu, wo zu sehen ist, dass das Spitzenstromprofil während des Halbzyklus der abfallenden Flanke 310 genau das entsprechende Absinken der gleichgerichteten Eingangsspannung 110 nachahmt, so dass der Leistungsfaktor signifikant gesteigert wird. Obgleich der Leistungsfaktor während des Halbzyklus 315 abfällt, hält der erhöhte Eingangsstrom in den Schaltleistungswandler einen ausreichenden Haltestrom für die Triac in dem entsprechenden Phasenanschnitt-Dimmschalter aufrecht.
  • Ein beispielhafter Schaltleistungswandler 400, der dafür konfiguriert ist, niedrige und hohe Spitzenstromschwellen 300 und 305 zu verwenden, ist in 4 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist der Schaltleistungswandler 400 ein Flyback-Wandler, aber es versteht sich, dass der Wandler 400 auch ohne Weiteres zu einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, wie zum Beispiel einem Buck-Boost-Wandler, umgebildet werden kann. Ein Wechselstrom-Gleichstrom-Gleichrichter 410, wie zum Beispiel ein Brückengleichrichter, richtet die Leitungswechselspannung vom Netzwechselstrom 405 gleich, um eine gleichgerichtete Eingangsspannung zu erzeugen. Diese gleichgerichtete Eingangsspannung Vin bewirkt einen magnetisierenden Stromfluss durch eine Primärwicklung L1 eines Transformators 415, wenn ein Leistungsschalter S1 eingeschaltet wird. In dem Wandler 400 umfasst der Schalter S1 einen NMOS-Feldeffekttransistor, aber es versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen auch andere Arten von Schaltern, wie zum Beispiel ein Bipolartransistor, verwendet werden können. Während der Schalter S1 ein ist, wird eine Diode D1 auf der Sekundärseite des Transformators 415 in Sperrrichtung vorgespannt, so dass kein Strom durch die Sekundärwicklung L2 fließt. Wenn der Schalter S1 aus schaltet, so bewirkt die gespeicherte magnetische Energie, die durch den magnetisierenden Strom entstanden ist, dass die Spannung über L2 zurückfließt („flyback“), so dass die Diode D1 in Durchlassrichtung vorgespannt wird und Strom in einen Ausgangskondensator C1 fließt, um eine Ausgangsspannung Vout entsprechend zu laden.
  • Ein Modulator 420, wie zum Beispiel ein Impulsbreitenmodulator und/oder ein Impulsfrequenzmodulator, steuert das zyklische Schalten des Leistungsschalters S1, um die Ausgangsspannung Vout auf einen gewünschten Pegel zu regeln. Der Modulator 420 ist dafür konfiguriert, die Modulation des zyklischen Schaltens von Leistungsschaltern in Reaktion auf ein dimmerfreies Signal von einer Dimmerdetektionsschaltung 425 zu ändern. In dieser Hinsicht enthält der Flyback-Wandler 400 eine Phasenanschnitt-Dimmerschaltung 430, die eine Triac 435 enthält, die zwischen dem Netzwechselstrom 405 und dem Gleichrichter 410 gekoppelt ist. Der Eingangsstrom Iin für den Flyback-Wandler 400 des Gleichrichters 410 ist somit auch der Haltestrom für die Triac 435. Wenn ein Nutzer einen Dimm-Eingang 440 in die Dimmerschaltung 430 ändert, um ein Dimmen auf eine Leuchtdiode (LED) 445 anzuwenden, so detektiert die Dimmerdetektionsschaltung 425 den resultierenden Phasenschnitt in dem Eingangsstrom Iin, um das Vorliegen eines Dimmens zu bestimmen. Wenn umgekehrt ein Nutzer einen Dimm-Eingang 440 so ansteuert, dass die volle Leistung an die LED 445 ohne Phasenschnitt des Eingangsstroms Iin angelegt wird, so detektiert die Dimmerdetektionsschaltung 425 nicht das Vorliegen eines Dimmens.
  • Wenn ein Dimmen detektiert wird, so moduliert der Modulator 420 das zyklische Schalten des Leistungsschalters S1 in einem Dimmbetriebsmodus, wie es auf dem technischen Gebiet der Leistungswandlung bekannt ist. Während des Anwendens eines Dimmens, das durch die Dimmdetektorschaltung 425 detektiert wird, kann auch eine (nicht veranschaulichte) Abzapfschaltung aktiviert werden, so dass ein ausreichender Haltestrom durch die Triac 435 gezogen wird. Sollte die Dimmerdetektionsschaltung 425 kein Dimmen detektieren, so tritt der Modulator 420 in einen hohen Leistungsfaktorkorrektur (PFC)-Modus ein. In dem Flyback-Wandler 400 wird ein Spitzenstromsteuerungsverfahren implementiert, um eine PFC bereitzustellen, aber es versteht sich, dass auch alternative Steuerungsverfahren, wie zum Beispiel ein Konstante-Ein-Zeit-Verfahren, implementiert werden kann, um den gewünschten Leistungsfaktor bereitzustellen. Ungeachtet der Steuerungsmethodologie während des hohen PFC-Modus, in dem kein Dimmen detektiert wird, wird die Ausgangsspannung Vout abgetastet, um eine Rückkopplungsspannung VFB zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein Nur-Primär-Rückkopplungsverfahren verwendet werden, um die Rückkopplungsspannung zu erzeugen. Alternativ kann ein Opto-Isolator verwendet werden, um die Ausgangsspannung Vout abzutasten, um die Rückkopplungsspannung zu erzeugen. Ungeachtet dessen, wie die Rückkopplungsspannung abgetastet wird, kann sie mit einer Bezugsspannung Vref in einem Komparator 450 verglichen werden, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das durch ein Kompensationsfilter 456 gefiltert und zyklisch in den Komparator 450 mit der Rückkopplungsspannung zurückgeführt werden kann. Ein Abfühlwiderstand R1 ist zwischen Erde und einer Quelle für den Leistungsschalter S1 gekoppelt, um eine Abfühlspannung Isense bereitzustellen, die die Größenordnung des magnetisierenden Stroms repräsentiert, der durch die Primärwicklung L1 fließt. Ein Multiplizierer 465 multipliziert das Fehlersignal mit der dann gleichgerichteten Eingangsspannung, um ein Spitzenstrom (Vpeak)-Befehlssignal zu erzeugen, das mit der Abfühlspannung Isense in einem Komparator 455 verglichen wird, um ein Impulsbreitenmodulations (PWM)-Abschaltsignal 460 zu erzeugen. Zum Beispiel kann der Modulator 455 den Leistungsschalter S1 in Reaktion auf ein Taktsignal zyklisch einschalten. Das Aktivieren des PWM-Schalters 460 bestimmt somit die Impulsbreite für einen bestimmten Zyklus des Leistungsschalters S1 in einer solchen Ausführungsform.
  • Ohne weitere Verarbeitung würde das Spitzenstrombefehlssignal ein Spitzenstromprofil 100 erzeugen, wie es mit Bezug auf 1B besprochen wurde. Aber ein solches Spitzenstromprofil kann dann ein unerwünschtes Zurücksetzen der Triac 435 auslösen, wodurch ein Flackern der LED 445. Dieses Flackern setzt die Komponenten des Flyback-Wandlers 400 einer Wärmebelastung aus. Um diese unerwünschten Effekte zu verhindern, arretiert eine Arretierschaltung 480 den Spitzenstrombefehl 470, so dass er nicht unter eine Spitzenstromschwelle eines Multiplexierers 475 fallen kann, der zwischen hoher Spitzenstromschwelle 305 und niedriger Spitzenstromschwelle 300 wählt. Um den Multiplexierer 475 zu steuern, kann der Flyback-Wandler 400 einen Differentiator 495 enthalten, der ein Ausgangssignal 491 in Reaktion darauf ansteuert, ob die gleichgerichtete Eingangsspannung Vin zunimmt oder abnimmt. Eine Steuerlogikschaltung 490 verarbeitet das Ausgangssignal 491, um den Multiplexierer 475 zu steuern, um zwischen hoher Spitzenstromschwelle 305 und niedriger Spitzenstromschwelle 300 zu wählen. Die Logikschaltung 490 kann auch auf eine Nulldurchgangsdetektion für die Eingangswechselspannung ansprechen. Zum Beispiel kann ein (nicht veranschaulichter) Komparator das Stromabfühlsignal Isense mit einer Nulldurchgangsschwelle (zum Beispiel 10 V) vergleichen, um zu bestimmen, ob ein Nulldurchgang stattgefunden hat. Während des Halbzyklus der ansteigenden Flanke nach einem Nulldurchgang kann die Steuerlogikschaltung 490 somit den Multiplexierer 475 so steuern, dass er eine hohe Spitzenstromschwelle 305 wählt. Umgekehrt kann die Steuerlogikschaltung 490 während des Halbzyklus der abfallenden Flanke vor einem Nulldurchgang den Multiplexierer 475 so steuern, dass er eine niedrige Spitzenstromschwelle 300 wählt. Auf diese Weise wird der magnetisierende Spitzenstrom durch die Primärwicklung L1 arretiert, um nicht unter die ausgewählte Spitzenstromschwelle des Multiplexierers 475 zu fallen.
  • Um diese vorteilhafte Arretierung des magnetisierenden Spitzenstroms unter Verwendung der mindestens zwei Schwellen besser zu verstehen, betrachten wir wieder den Halbzyklus der ansteigenden Flanke für die gleichgerichtete Eingangsspannung 110 von 1 nach einem Eingangswechselstrom-Nulldurchgang 115. Unmittelbar nach dem Durchgang 115 ist die Größenordnung der gleichgerichteten Eingangsspannung 110 relativ klein. Wenn wir uns wieder 4 ansehen, so erzeugt ein solcher kleiner Wert für Vin nach der Multiplizierung durch den Multiplizierer 465 einen entsprechend kleinen Wert für das Vpeak-Befehlssignal 470. Ein solcher relativ kleiner Wert würde dann auch bewirken, dass das PWM-Abschaltsignal 460 früh auslöst, so dass der Modulator 420 angewiesen wird, eine relativ kleine Impulsbreite auf das zyklische Schalten des Leistungsschalters S1 anzuwenden. Aber die Arretierung 480 verhindert, dass das Vpeak-Befehlssignal 470 bei diesen Durchgängen unter die hohe Spitzenstromschwelle 300 fällt, so dass ein ausreichender Triac-Haltestrom an die Triac 435 angelegt wird.
  • Die Steuerung der Arretierung des Spitzenstrombefehls 470 wird in dem in 5 gezeigten Flussdiagramm zusammengefasst. Mit Bezug auf dieses Verfahren wird der nicht-arretierte Spitzenstrombefehl als „I_PK_AC“. Dies ist der Spitzenstrombefehl, der zum Beispiel durch den Multiplizierer 465 erzeugt werden würde. Alternativ kann I_PK_AC dem Spitzenstrombefehl einer Konstante-Ein-Zeit-Steuerungsmethodologie entsprechen. Das Verfahren beginnt mit einer Aktion 500 des Bestimmens, ob die Eingangswechselspannung abnimmt, was durch die Differenzierung der gleichgerichteten Eingangsspannung bestimmt wird, die mit Bezug auf den Differentiator 495 von 4 besprochen wurde. Eine Aktion 505 umfasst das Bestimmen, ob der Spitzenstrombefehl I_PK_AC größer ist als die niedrige Spitzenstromschwelle 300 (in 5 als I_PK_NIEDRIG angedeutet). Wenn diese Bestimmung positiv ist, so wird der Spitzenstrombefehl 460 (in 5 als I_PK angedeutet) gleich I_PK_AC eingestellt. Wenn umgekehrt die Bestimmung in Aktion 505 negativ ist, so schreitet das Verfahren zu einer Aktion 515 zum Arretieren von I_PK auf I_PK_ NIEDRIG voran.
  • Sollte ein Nulldurchgang in einer Aktion 520 detektiert werden, so geht das Verfahren zu einer Aktion 525 zum Arretieren von I_PK auf der hohen Spitzenspannungsschwelle 305 über, die in 5 als I_PK_HOCH angedeutet ist. Das Verfahren geht mit einer Aktion 535 des Bestimmens weiter, ob I_PK_AC größer ist als I_PK_HOCH. Wenn diese Bestimmung negativ ist, so bleibt I_PK in einer Aktion 540 auf I_PK_HOCH arretiert. Umgekehrt basiert I_PK in einer Aktion 545 auf I_PK_AC, wenn die Bestimmung in Aktion 535 negativ ist. Das Verfahren kehrt dann in einer Schleife zu Aktion 505 zurück, sollte die Eingangswechselspannung in Aktion 500 wieder kleiner werden.
  • Wir wenden uns wieder 4 zu. Eine hohe Spitzenstromschwelle 305 kann in einer Adaptierungsschaltung 482 beispielsweise in Reaktion auf die Größenordnung der gleichgerichteten Eingangsspannung adaptiert werden. Ein Spitzenstromprofil 600 ist in 6 gezeigt, das sich aus einer Adaptation der Schwellen 300 und 305 ergibt. Während eines I_PK-„NIEDRIG“-Zeitraums vor dem Nulldurchgang 115 wird das Spitzenstromprofil 600 gemäß einer linear abnehmenden Version der niedrigen Spitzenstromschwelle 300 arretiert. In ähnlicher Weise wird während eines I_PK-„HOCH“-Zeitraums nach dem Nulldurchgang 115 das Spitzenstromprofil 600 gemäß einer linear zunehmenden Version der hohen Spitzenstromschwelle 305 arretiert.
  • Das mit Bezug auf 5 besprochene Verfahren kann auf eine breite Vielzahl verschiedener Schaltleistungswandler angewendet werden. Zum Beispiel ist in 7 ein Buck-Boost-Schaltleistungswandler 700 gezeigt, der eine Steuereinheit 720 enthält, die dafür konfiguriert ist, das mit Bezug auf 5 besprochene Verfahren zu praktizieren. In dem Wandler 700 wird ein Wechselstrom-Eingang durch einen Brückengleichrichter 705 gleichgerichtet und durch ein Elektromagnetische-Interferenzen (EMI)-Filter 710 gefiltert, um die gleichgerichtete Eingangsspannung Vin zu erzeugen, die einen magnetisierenden Strom in einer Induktionsspule L1 ansteuert, wenn die Steuereinheit 720 zyklisch einen Leistungsschalter S1 schaltet. Die Steuereinheit 720 ist dafür konfiguriert, einen Spitzenstrom durch die Induktionsspule L1 zu steuern, der gemäß den niedrigen und hohen Spitzenstromschwellen 300 und 305 arretiert wird, analog so, wie es mit Bezug auf die Steuerung des Leistungsschalters im Flyback-Wandler 400 besprochen wurde.
  • Wie dem Fachmann einleuchtet, und in Abhängigkeit von der jeweiligen konkreten Anwendung, können viele Modifizierungen, Ersetzungen und Variationen an den Materialien, Vorrichtungen, Konfigurationen und Verfahren zum Verwenden der Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden, ohne von ihrem Wesen und Geltungsbereich abzuweichen. Vor diesem Hintergrund darf der Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt werden, die im vorliegenden Text veranschaulicht und beschrieben sind, da sie lediglich einige Beispiele davon verkörpern, sondern ist allein anhand der folgenden Ansprüche und ihrer funktionalen Äquivalente zu ermessen.

Claims (21)

  1. Wir beanspruchen:
  2. Verfahren, das Folgendes umfasst: Gleichrichten einer Eingangswechselspannung, um eine gleichgerichtete Eingangsspannung zu erzeugen; Bestimmen eines gewünschten Spitzenstroms durch eine Leistungsfaktorsteuerungs (PFC)-Rückkopplungsschleife, Bestimmen einer Spitzenstromschwelle in Reaktion auf einen Nulldurchgangspunkt dergestalt, dass die Spitzenstromschwelle nach Nulldurchgängen für die Eingangswechselspannung erhöht wird, und dergestalt, dass die Spitzenstromschwelle vor den Nulldurchgängen verringert wird; und zyklisches Schalten eines Leistungsschalter so, dass der Leistungsschalter einen magnetisierenden Strom leitet, der gleich dem gewünschten Spitzenstrom ist, wenn der gewünschte Spitzenstrom die Spitzenstromschwelle übersteigt, und so, dass der Leistungsschalter einen magnetisierenden Strom leitet, der gleich der Spitzenstromschwelle ist, wenn der gewünschte Spitzenstrom weniger ist als die Spitzenstromschwelle.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Spitzenstromschwelle umfasst, die Spitzenstromschwelle gleich einem ersten Wert einzustellen, während die gleichgerichtete Eingangsspannung von einem maximalen Wert abnimmt, gleich einem zweiten Wert einzustellen, während die gleichgerichtete Eingangsspannung nach jedem Nulldurchgang zunimmt, wobei der erste Wert niedriger ist als der zweite Wert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zyklische Schalten des Leistungsschalters den magnetisierenden Strom durch eine Primärwicklung in einem Flyback-Wandler leitet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zyklische Schalten des Leistungsschalters die magnetisierenden Ströme durch eine Induktionsspule in einem Gleichstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler leitet.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zyklische Schalten des Leistungsschalters die magnetisierenden Ströme durch eine Induktionsspule in einem Buck-Boost-Wandler leitet.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des gewünschten Spitzenstroms das Vergleichen einer Rückkopplungsspannung mit einer Bezugsspannung umfasst, um ein Fehlersignal zu bestimmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen des gewünschten Spitzenstroms des Weiteren das Multiplizieren des Fehlersignals mit der gleichgerichteten Eingangsspannung umfasst, um den gewünschten Spitzenstrom zu erzeugen.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zyklische Schalten des Leistungsschalters das zyklische Schalten eines MOSFET umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zyklische Schalten des MOSFET das zyklische Schalten des MOSFET gemäß einer Impulsbreitenmodulation umfasst.
  11. Schaltleistungswandler, der Folgendes umfasst: einen Leistungsschalter; einen Dimmer, der dafür konfiguriert ist, ein Phasenschnitt-Dimmen auf eine Eingangswechselspannung in Reaktion auf einen Dimm-Befehl anzuwenden, um eine verarbeitete Eingangswechselspannung zu erzeugen; eine Dimmerdetektionsschaltung, die dafür konfiguriert ist zu bestimmen, ob der Dimmer das Phasenschnitt-Dimmen auf die verarbeitete Eingangswechselspannung angewendet hat; eine Steuereinheit, die dafür konfiguriert ist, den Leistungsschalter in Reaktion auf einen gewünschten Spitzenstrom in Reaktion auf eine Bestimmung, dass das Phasenschnitt-Dimmen auf die verarbeitete Eingangswechselspannung angewendet wurde, zyklisch zu schalten, wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, den gewünschten Spitzenstrom auf einen ersten Wert im Anschluss an Nulldurchgänge für die Eingangswechselspannung zu arretieren, und den gewünschten Spitzenstrom auf einen zweiten Wert vor den Nulldurchgängen zu arretieren, wobei der erste Wert größer ist als der zweite Wert.
  12. Schaltleistungswandler nach Anspruch 10, wobei der Dimmer ein Phasenanschnitt-Dimmer ist.
  13. Schaltleistungswandler nach Anspruch 10, wobei der Schaltleistungswandler ein Gleichstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler ist, und wobei der Leistungsschalter mit einer Induktionsspule für den Gleichstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler gekoppelt ist.
  14. Schaltleistungswandler nach Anspruch 12, wobei der Gleichstrom-Gleichstrom-Schaltleistungswandler ein Buck-Boost-Wandler ist.
  15. Schaltleistungswandler nach Anspruch 10, wobei der Schaltleistungswandler ein Flyback-Wandler ist, und wobei der Leistungsschalter mit einer Primärwicklung für den Flyback-Wandler gekoppelt ist.
  16. Schaltleistungswandler nach Anspruch 10, der des Weiteren einen Wechselstrom-Gleichstrom-Gleichrichter umfasst, der dafür konfiguriert ist, die verarbeitete Eingangswechselspannung zu einer gleichgerichteten Eingangsspannung gleichzurichten.
  17. Schaltleistungswandler nach Anspruch 15, wobei die Steuereinheit einen Differentiator enthält, der dafür konfiguriert ist zu bestimmen, ob die gleichgerichtete Eingangsspannung abnimmt, und wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, den gewünschten Spitzenstrom auf den zweiten Wert vor den Nulldurchgängen zu arretieren, nachdem der Differentiator bestimmt hat, dass die gleichgerichtete Eingangsspannung abnimmt.
  18. Schaltleistungswandler nach Anspruch 10, der des Weiteren Folgendes umfasst: einen Fehlerverstärker, der dafür konfiguriert ist, eine Rückkopplungsspannung mit einer Bezugsspannung zu vergleichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen.
  19. Schaltleistungswandler nach Anspruch 17, der des Weiteren Folgendes umfasst: einen Multiplizierer, der dafür konfiguriert ist, das Fehlersignal mit der gleichgerichteten Eingangsspannung zu multiplizieren, um den gewünschten Spitzenstrom zu erzeugen; und eine Arretierung, die dafür konfiguriert ist, den gewünschten Spitzenstrom auf dem ersten Wert nach Nulldurchgängen für die Eingangswechselspannung zu arretieren und den gewünschten Spitzenstrom auf dem zweiten Wert vor den Nulldurchgängen zu arretieren.
  20. Schaltleistungswandler nach Anspruch 15, wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, mindestens den ersten Wert in Reaktion auf die gleichgerichtete Eingangsspannung zu adaptieren.
  21. Schaltleistungswandler nach Anspruch 10, wobei der Dimmer eine Triac enthält, die einen Haltestrom hat, der durch die Steuereinheit unterstützt wird.
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