DE202023101071U1

DE202023101071U1 - Verbesserter Stromumwandlungs-Schaltapparat

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Publication number: DE202023101071U1
Application number: DE202023101071.7U
Authority: DE
Original assignee: P Duke Tech Co Ltd; P Duke Technology Co Ltd
Current assignee: P Duke Tech Co Ltd; P Duke Technology Co Ltd
Priority date: 2023-03-07
Filing date: 2023-03-07
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2033-03-08

Abstract

Ein verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparat (10), umfassend:
eine Stromwandlungsschaltung (102);
eine Abtastschaltung (104), die elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) verbunden ist;
eine Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106), die elektrisch mit der Abtastschaltung (104) verbunden ist;
eine Frequenzbegrenzungsschaltung (108), die elektrisch mit der Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) verbunden ist; und
ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110), das elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) und der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) verbunden ist,
wobei die Abtastschaltung (104) konfiguriert ist, um die Stromwandlungsschaltung (102) zu erfassen, um ein abgetastetes Signal (Vs) zu erhalten und das abgetastete Signal (Vs) zur Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) zu übertragen; wobei die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) konfiguriert ist, das abgetastete Signal (Vs) anzupassen, um ein Steuersignal (Vcon) zu erhalten und das Steuersignal (Vcon) zur Frequenzbegrenzungsschaltung (108) zu übertragen; und wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) konfiguriert ist, um eine Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) basierend auf dem Steuersignal (Vcon) zu steuern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Stromumwandlungs-Schaltapparat, insbesondere einen verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparat.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät spielt eine wichtige Rolle im Stromumwandlungs-Schaltapparat und wird verwendet, um den Stromschalter zu steuern und zu schalten, um die Spannung für die hintere Last auszugeben.
Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät nach dem Stand der Technik kann ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art und ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art klassifiziert werden. Wenn der Widerstandswert des externen Widerstands des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der ersten Art umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts des Stromschalters ist (nämlich, wenn der Widerstandswert des externen Widerstands größer ist, ist die Betriebsfrequenz kleiner, und wenn der Widerstandswert des externen Widerstands kleiner ist, ist die Betriebsfrequenz größer), gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art. Wenn der Widerstandswert des externen Widerstands des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der ersten Art proportional zur Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts des Stromschalters ist (nämlich, wenn der Widerstandswert des externen Widerstands größer ist, ist die Betriebsfrequenz größer, und wenn der Widerstandswert des externen Widerstands kleiner ist, ist die Betriebsfrequenz kleiner), gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art. Das Datenblatt des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts kann konsultiert werden, um zu bestimmen, ob das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art oder zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört, um Schaltungsentwicklern bei der Bestimmung der Betriebsfrequenz für den Stromschalter zu helfen.
Jedoch unabhängig davon, ob es sich um ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art oder ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art handelt, ist die Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts nach dem Stand der Technik fixiert, da der Widerstandswert des obengenannten externen Widerstands nach der Herstellung des Produkts fixiert ist. Die Nachteile der fixierten Betriebsfrequenz sind wie folgt: Wenn die fixierte Betriebsfrequenz hoch ist, ist der Wirkungsgrad niedrig bei geringer Last, und wenn die Betriebsspannung niedrig ist, kann die magnetische Komponente bei hoher Last leicht gesättigt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Im die obengenannten Probleme zu lösen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, einen verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparat bereitzustellen.
Um das Ziel der obengenannten vorliegenden Offenbarung zu erreichen, umfasst der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat der vorliegenden Offenbarung eine Stromwandlungsschaltung, eine Abtastschaltung, eine Signalverstärkungsanpassungsschaltung, eine Frequenzbegrenzungsschaltung und ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät. Die Abtastschaltung ist elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung verbunden. Die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist elektrisch mit der Abtastschaltung verbunden. Die Frequenzbegrenzungsschaltung ist elektrisch mit der Signalverstärkungsanpassungsschaltung verbunden. Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät ist elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung und der Frequenzbegrenzungsschaltung verbunden. Außerdem ist die Abtastschaltung konfiguriert, um die Stromschaltungswandlung zu erfassen, um ein abgetastetes Signal zu erhalten und das abgetastete Signal zur Signalverstärkungsanpassungsschaltung zu übertragen. Die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist konfiguriert, um das abgetastete Signal anzupassen, um ein Steuersignal zu erhalten und das Steuersignal zur Frequenzbegrenzungsschaltung zu übertragen. Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät ist konfiguriert, um eine Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts basierend auf dem Steuersignal zu steuern.
Außerdem umfasst das Pulsweitenmodulations-Steuergerät in einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten Offenbarung eine Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung, die elektrisch mit der Frequenzbegrenzungsschaltung verbunden ist. Die Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung enthält ferner eine interne Spannungsquelle, die elektrisch mit der Frequenzbegrenzungsschaltung verbunden ist. Die interne Spannungsquelle ist konfiguriert, um eine interne Spannung zur Frequenzbegrenzungsschaltung zu übertragen, um entsprechend einen internen Strom zu erzeugen. Die Frequenzbegrenzungsschaltung ist konfiguriert, um den internen Strom basierend auf dem Steuersignal zu ändern, um eine maximale Betriebsfrequenz und eine Mindestbetriebsfrequenz der Betriebsfrequenz zu begrenzen.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten Offenbarung umfasst die Frequenzbegrenzungsschaltung einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand. Der erste Widerstand ist elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät verbunden. Der zweite Widerstand ist elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät, der Signalverstärkungsanpassungsschaltung und dem ersten Widerstand verbunden. Wenn ein Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz ist, gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art. Wenn der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung proportional zur Betriebsfrequenz ist, gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art. Wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört, ist der erste Widerstand konfiguriert, um die Mindestbetriebsfrequenz einzustellen, der zweite Widerstand ist konfiguriert, um die maximale Betriebsfrequenz einzustellen, und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist konfiguriert, um das Steuersignal auszugeben: sodass es gleich der internen Spannung ist, wenn das abgetastete Signal kleiner als der erste Wert ist, es umgekehrt proportional zum abgetasteten Signal ist, wenn das abgetastete Signal zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegt, und es eine erste Stufe bildet, wenn das abgetastete Signal größer als der zweite Wert ist. Wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört, ist der erste Widerstand konfiguriert, um die maximale Betriebsfrequenz einzustellen, der zweite Widerstand ist konfiguriert, um die Mindestbetriebsfrequenz einzustellen, und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist konfiguriert, um das Steuersignal auszugeben: sodass es eine erste Stufe bildet, wenn das abgetastete Signal kleiner als der erste Wert ist, es proportional zum abgetasteten Signal ist, wenn das abgetastete Signal zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegt, und es gleich der internen Spannung ist, wenn das abgetastete Signal größer als der zweite Wert ist.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Ausführung umfasst das Pulsweitenmodulations-Steuergerät eine Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung, einen Komparator und eine Komparator-Referenzspannungsquelle. Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät ist elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung und der Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung verbunden. Der Komparator ist elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung und der Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung verbunden. Die Komparator-Referenzspannungsquelle ist elektrisch mit dem Komparator verbunden. Die Stromwandlungsschaltung umfasst ferner eine Spannungsrückkopplungsschaltung und ein Ausgangsende. Die Stromwandlungsschaltung ist elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät verbunden. Das Ausgangsende ist elektrisch mit der Spannungsrückkopplungsschaltung verbunden. Die Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung umfasst ferner eine Stromspiegel-Teilschaltung und einen Oszillator. Die Stromspiegel-Teilschaltung ist elektrisch mir der internen Spannungsquelle verbunden. Der Oszillator ist elektrisch mit der Stromspiegel-Teilschaltung und der Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung verbunden. Die Stromspiegel-Teilschaltung ist konfiguriert, um entsprechend einen Oszillatorstrom basierend auf dem internen Strom zu erzeugen und den Oszillatorstrom zum Oszillator zu übertragen. Der Oszillator ist konfiguriert, um einen Betriebstakt mit einer Betriebsfrequenz basierend auf dem Oszillatorstrom zu erzeugen und den Betriebstakt zur Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung zu übertragen. Die Spannungsrückkopplungsschaltung ist konfiguriert, um eine Ausgangsspannung des Ausgangsendes zu erfassen, um ein Rückkopplungssignal zu erzeugen und das Rückkopplungssignal zum Komparator zu übertragen. Der Komparator ist konfiguriert, um das Rückkopplungssignal mit einer Komparator-Referenzspannung zu vergleichen, die von der Komparator-Rückkopplungsspannungsquelle geliefert wird, um ein Arbeitszyklussignal zur Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung zu übertragen.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Offenbarung gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zum Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art, und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist ein invertierender Verstärker.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Offenbarung gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zum Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art, und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist ein nichtinvertierender Verstärker.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Offenbarung gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zum Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art, und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung ist ein Spannungsfolger.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Offenbarung umfasst die Signalverstärkungsanpassungsschaltung einen Digital-Analog-Wandler, einen Mikrocontroller und einen Analog-Digital-Wandler. Der Digital-Analog-Wandler ist elektrisch mit der Frequenzbegrenzungsschaltung verbunden. Der Mikrocontroller ist elektrisch mit dem Digital-Analog-Wandler verbunden. Der Analog-Digital-Wandler ist elektrisch mit dem Mikrocontroller und der Abtastschaltung verbunden.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Offenbarung umfasst die Stromwandlungsschaltung ferner einen Stromschalter, ein Eingangsende, einen Transformator und eine Gleichrichter-Filterschaltung. Der Stromschalter ist elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät verbunden. Das Eingangsende ist elektrisch mit dem Stromschalter verbunden. Der Transformator ist elektrisch mit dem Stromschalter verbunden. Die Gleichrichter-Filterschaltung ist elektrisch mit dem Transformator, der Spannungsrückkopplungsschaltung und dem Ausgangsende verbunden. Die Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung ist konfiguriert, um den Stromschalter basierend auf der Betriebsfrequenz des Betriebstaktes und des Arbeitszyklussignals zu steuern.
In einer Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats nach der obengenannten vorliegenden Offenbarung umfasst die Abtastschaltung eine Ausgangsende-Abtastteilschaltung und eine Eingangsende-Abtastteilschaltung. Die Ausgangsende-Abtastteilschaltung ist elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung und der Signalverstärkungsanpassungsschaltung verbunden. Die Eingangsende-Abtastteilschaltung ist elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung und der Signalverstärkungsanpassungsschaltung verbunden. Die Ausgangsende-Abtastteilschaltung ist konfiguriert, um die Stromwandlungsschaltung zu erfassen, um ein erstes abgetastetes Signal zu erhalten. Die Eingangsende-Abtastteilschaltung ist konfiguriert, um die Stromwandlungsschaltung zu erfassen, um ein zweites abgetastetes Signal zu erhalten. Die Abtastschaltung ist konfiguriert, um das erste abgetastete Signal und das zweite abgetastete Signal zu integrieren, um das abgetastete Signal zu erhalten.
Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung bestehen darin, die folgenden Probleme, die durch eine fixierte Betriebsfrequenz erzeugt werden, zu vermeiden: Wenn die fixierte Betriebsfrequenz hoch ist, ist der Wirkungsgrad niedrig bei geringer Last, und wenn die Betriebsspannung niedrig ist, kann die magnetische Komponente bei hoher Last leicht gesättigt werden.
Nehmen Sie bitte Bezug auf die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung, die unten angeführt sind, um die Technologie, die Arbeitsweise und die Wirkung der vorliegenden Offenbarung zur Erzielung der gestellten Aufgaben zu verstehen. Wir sind überzeugt, das damit die Aufgaben, Charakteristiken und Merkmale der vorliegenden Offenbarung tief und spezifisch verstanden werden können. Die Zeichnungen dienen nur zu Referenzzwecken, doch ist die vorliegende Offenbarung durch die Zeichnungen keineswegs eingeschränkt.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm der ersten Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt ein Blockdiagramm der zweiten Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt ein Blockdiagramm der dritten Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt einen Schaltplan der vierten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt ein Diagramm der logischen Beziehungen einer anderen Ausführung des ersten abgetasteten Signals, des zweiten abgetasteten Signals und des abgetasteten Signals der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt ein Schaltungs-Blockdiagramm einer Ausführung der Pulsweitenmodulations-Steuergeräts und der Frequenzbegrenzungsschaltung der vorliegenden Offenbarung.
7 zeigt einen Schaltplan der ersten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung der vorliegenden Offenbarung.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung des abgetasteten Signals im Vergleich mit dem Steuersignal, das auf das Steuerungsschema für die negative Verstärkung nach der vorliegenden Offenbarung angewandt wird.
9 zeigt eine schematische Darstellung des abgetasteten Signals von 8 im Vergleich mit der Betriebsfrequenz.
10 zeigt einen Schaltplan der zweiten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung der vorliegenden Offenbarung.
11 zeigt einen Schaltplan der dritten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung der vorliegenden Offenbarung.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung des abgetasteten Signals im Vergleich mit dem Steuersignal, das auf das Steuerungsschema für die positive Verstärkung nach der vorliegenden Offenbarung angewandt wird.
13 zeigt eine schematische Darstellung des abgetasteten Signals von 12 im Vergleich mit der Betriebsfrequenz.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Offenbarung werden zahlreiche spezifische Details angeführt, um ein gründliches Verstehen der Ausführungen der Offenbarung zu ermöglichen. Fachkundige Personen werden jedoch erkennen, dass die vorliegende Offenbarung auch ohne eine oder mehrere spezifische Details realisiert werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Details nicht gezeigt oder beschrieben, um die Aspekte der vorliegenden Offenbarung nicht zu verschleiern. Nehmen Sie bitte Bezug auf die Zeichnungen für eine Erklärung des technischen Inhalts und der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Offenbarung.
1 zeigt ein Blockdiagramm der ersten Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats 10 der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt, wird ein verbesserter Stromumwandlungs-Schaltapparat 10 der vorliegenden Offenbarung auf eine Last 20 und ein Stromversorgungsgerät 30 angewandt. Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat 10 wird verwendet, um einen Eingangsstrom 142 von einem Stromversorgungsgerät 30 zu empfangen und den Eingangsstrom 142 in Versorgungsleistung für die Last 20 umzuwandeln. Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat 10 umfasst eine Stromwandlungsschaltung 102, eine Abtastschaltung 104, eine Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106, eine Frequenzbegrenzungsschaltung 108 und ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110. Die Stromwandlungsschaltung 102 umfasst einen Stromschalter 116, einen Stromschalter 116, ein Eingangsende 118, einen Transformator 120, eine Gleichrichter-Filterschaltung 122, eine Spannungsrückkopplungsschaltung 124 und ein Ausgangsende 126. Die genannten Komponenten sind elektrisch miteinander verbunden.
Die Abtastschaltung 104 ist konfiguriert, um die Stromschaltungswandlung 102 zu erfassen, um ein abgetastetes Signal Vs zu erhalten und das abgetastete Signal Vs zur Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 zu übertragen. Die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 ist konfiguriert, um das abgetastete Signal Vs anzupassen (um den Signalpegel des abgetasteten Signals Vs anzupassen), um ein Steuersignal Vcon zu erhalten und das Steuersignal Vcon zur Frequenzbegrenzungsschaltung 108 zu übertragen. Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 ist konfiguriert, um eine Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts 110 basierend auf dem Steuersignal Vcon zu steuern, wobei die Einzelheiten weiter unter beschrieben werden.
Die Abtastschaltung 104 ist beispielsweise, doch nicht beschränkt darauf, ein Spannungssensor, ein Stromsensor oder ein Hall-Sensor; wenn die Abtastschaltung 104 ein Spannungssensor ist, ist das abgetastete Signal Vs ein Spannungssignal; wenn die Abtastschaltung 104 ein Stromsensor oder ein Hall-Sensor ist, ist das abgetastete Signal Vs ein Stromsignal. Der Stromschalter 116 ist beispielsweise, doch nicht beschränkt darauf, ein Bipolartransistor (BJT) oder ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Die Gleichrichter-Filterschaltung 122 ist konfiguriert, um die vom Stromschalter 116 erzeugte Schaltaktion durch eine Gleichrichterkomponente (etwa eine Diode) und eine Filterschaltung (etwa einen Induktor-Kondensator-Filter) in ein Gleichstromsignal umzuwandeln. Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 ist beispielsweise, doch nicht beschränkt darauf, jegliche Art von handelsüblichen Pulsweitenmodulations-Steuergeräten.
2 zeigt ein Blockdiagramm der zweiten Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats 10 der vorliegenden Offenbarung. Da die in 2 gezeigten Komponenten die gleichen wie die in 1 gezeigten Komponenten sind, wird deren Beschreibung hier um der Kürze willen nicht wiederholt.
3 zeigt ein Blockdiagramm der dritten Ausführung des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparats 10 der vorliegenden Offenbarung. Da die in 3 gezeigten Komponenten die gleichen wie die in 1 gezeigten Komponenten sind, wird deren Beschreibung hier um der Kürze willen nicht wiederholt. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Abtastschaltung 104 eine Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und eine Eingangsende-Abtastteilschaltung 114. Die Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und die Eingangsende-Abtastteilschaltung 114 sind elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung 102 und der Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 verbunden. Die Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 ist konfiguriert, um die Stromwandlungsschaltung 102 zu erfassen, um ein erstes abgetastetes Signal Vs1 zu erhalten. Die Eingangsende-Abtastteilschaltung 114 ist konfiguriert, um die Stromwandlungsschaltung 102 zu erfassen, um ein zweites abgetastetes Signal Vs2 zu erhalten. Die Abtastschaltung 104 ist konfiguriert, um das erste abgetastete Signal Vs1 und das zweite abgetastete Signal Vs2 zu integrieren, um das abgetastete Signal Vs zu erhalten.
Die Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und die Eingangsende-Abtastteilschaltung 114 sind beispielsweise, doch nicht beschränkt darauf, Spannungssensoren, Stromsensoren oder Hall-Sensoren; wenn die Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und die Eingangsende-Abtastteilschaltung 114 Spannungssensoren sind, sind das erste abgetastete Signal Vs1 und das zweite abgetastete Signal Vs2 Spannungssignale; wenn die Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und die Eingangsende-Abtastteilschaltung 114 Stromsensoren oder Hall-Sensoren sind, sind das erste abgetastete Signal Vs1 und das zweite abgetastete Signal Vs2 Stromsignale.
5 zeigt ein Diagramm der logischen Beziehungen einer anderen Ausführung des ersten abgetasteten Signals Vs1, des zweiten abgetasteten Signals Vs2 und des abgetasteten Signals Vs der vorliegenden Offenbarung. 5 zeigt eine andere Ausführung zur Erstellung der obengenannten Abtastschaltung 104, die konfiguriert ist, um das erste abgetastete Signal Vs1 und das zweite abgetastete Signal Vs2 zu integrieren, um das abgetastete Signal Vs zu erhalten. Wie in 5 gezeigt, ist das abgetastete Signal Vs das erste abgetastete Signal Vs1 plus das zweite abgetastete Signal Vs2; mit anderen Worten, das abgetastete Signal Vs das erste abgetastete Signal Vs1 und das zweite abgetastete Signal Vs2 werden gleichzeitig in Betracht gezogen und verarbeitet, um das abgetastete Signal Vs zu bilden.
Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 1, 2 und 3. Die Abtastschaltung 104 kann am Ausgangsende 126 angeordnet sein, wie in 1 gezeigt; die Abtastschaltung 104 kann am Eingangsende 118 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt; oder die Abtastschaltung 104 (einschließlich der Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und der Eingangsende-Abtastteilschaltung 114) kann gleichzeitig am Ausgangsende 126 und am Eingangsende 118 angeordnet sein, wie in 3 gezeigt. Außerdem kann die Abtastschaltung 104 auch mit dem Stromschalter 116 verbunden sein, um das abgetastete Signal Vs zu erhalt, oder die Abtastschaltung 104 kann mit jedem Ort der Stromwandlungsschaltung 102 verbunden sein, um das abgetastete Signal Vs zu erhalten.
6 zeigt ein Schaltungs-Blockdiagramm einer Ausführung der Pulsweitenmodulations-Steuergeräts 110 und der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 der vorliegenden Offenbarung. Da die in 6 gezeigten Komponenten die gleichen wie die in 1 gezeigten Komponenten sind, wird deren Beschreibung hier um der Kürze willen nicht wiederholt. Wie in 6 gezeigt, umfasst das Pulsweitenmodulations-Steuergeräts 110 eine Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung 130, einen Komparator 132, eine Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung 134 und eine Komparator-Referenzspannungsquelle 150. Die Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung 134 umfasst eine interne Spannungsquelle 128, eine Stromspiegel-Teilschaltung 136 und einen Oszillator 138. Die Frequenzbegrenzungsschaltung 108 umfasst einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2. Die genannten Komponenten sind elektrisch miteinander verbunden.
Wie oben erwähnt, ist das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 beispielsweise, doch nicht beschränkt darauf, jegliche Art von handelsüblichen Pulsweitenmodulations-Steuergeräten, sodass die Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung 130, der Komparator 132, die Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung 134, die Komparator-Referenzspannungsquelle 150, die interne Spannungsquelle 128, die Stromspiegel-Teilschaltung 136 und der Oszillator 138 beispielsweise, doch nicht beschränkt darauf, ebenfalls Komponenten in jeglicher Art von handelsüblichen Pulsweitenmodulations-Steuergeräten sind.
In einem Beispiel, das die vorliegende Offenbarung nicht einschränkt, kann das Entfernen der Abtastschaltung 104, der Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 und des zweiten Widerstands R2 in 1 und 6 zu einer Peripherieschaltung führen, die auf die handelsüblichen Pulsweitenmodulations-Steuergeräte angewandt wird. Die auf die handelsüblichen Pulsweitenmodulations-Steuergeräte angewandte Peripherieschaltung umfasst einen ersten Widerstand R mit einem Ende, das geerdet ist, und einem anderen Ende, das mit der internen Spannungsquelle 128 verbunden ist. Die interne Spannungsquelle 128 übertragt eine interne Spannung VRT zum ersten Widerstand R1, um einen internen Strom IRT entsprechend zu erzeugen. Der Benutzer ändert den ersten Widerstand R1, um den internen Strom IRT zu ändern. Das Pulsweitenmodulations-Steuergerät erfasst die Änderung des internen Stroms IRT, um die Betriebsfrequenz (nämlich die Schaltfrequenz) des Stromschalters 116 entsprechend zu ändern.
Die Pulsweitenmodulations-Steuergeräte sind hier in das Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art und das Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art klassifiziert. Wenn der Widerstandswert des ersten Widerstands R1 umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz ist (wenn also der Widerstandswert größer ist, ist die Betriebsfrequenz niedriger, und wenn der Widerstandswert größer ist, ist die Betriebsfrequenz höher), gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art. Wenn der Widerstandswert des ersten Widerstands R1 proportional zur Betriebsfrequenz ist (wenn also der Widerstandswert größer ist, ist die Betriebsfrequenz höher, und wenn der Widerstandswert kleiner ist, ist die Betriebsfrequenz niedriger), gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art. Das Datenblatt des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts kann konsultiert werden, um zu bestimmen, ob das Pulsweitenmodulations-Steuergerät zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art oder zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört. Jedoch unabhängig davon, ob es sich um ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art oder ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art handelt, ist die Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts fixiert, da der Widerstandswert des Widerstands R1 nach der Herstellung des Produkts fixiert ist. Die Nachteile der fixierten Betriebsfrequenz sind wie folgt: Wenn die fixierte Betriebsfrequenz hoch ist, ist der Wirkungsgrad niedrig bei geringer Last, und wenn die Betriebsspannung niedrig ist, kann die magnetische Komponente bei hoher Last leicht gesättigt werden.
Die Betriebsfrequenz der vorliegenden Offenbarung kann basierend auf der Amplitude des abgetasteten Signals Vs geändert werden, um die Probleme, die durch die obengenannte fixierte Betriebsfrequenz verursacht werden, zu vermeiden. Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 1 der vorliegenden Offenbarung: Das abgetastete Signal Vs wird erhalten, indem ein Ausgangsstrom 140 am Ausgangsende 126 der Abtastschaltung 104 erfasst wird. Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 2 der vorliegenden Offenbarung: Das abgetastete Signal Vs wird erhalten, indem ein Eingangsstrom 158 am Eingangsende 118 der Abtastschaltung 104 erfasst wird. Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 3 der vorliegenden Offenbarung: Das abgetastete Signal Vs wird erhalten, indem der Ausgangsstrom 140 am Ausgangsende 126 von der Ausgangsende-Abtastteilschaltung 112 und vom Eingangsstrom 158 am Eingangsende 118 der Eingangsende-Abtastteilschaltung 114 erfasst wird (beispielsweise durch Verwendung der obengenannten Inhalte von 3 und 5). Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 1, 2 und 3 der vorliegenden Offenbarung: Das abgetastete Signal Vs ist proportional zur Amplitude der Last 20; nämlich je leichter die Last 20 ist, desto kleiner ist das abgetastete Signal Vs, und je schwerer die Last 20 ist, desto größer ist das abgetastete Signal Vs.
Die interne Spannungsquelle 128 ist konfiguriert, um eine interne Spannung VRT zur Frequenzbegrenzungsschaltung 108 zu übertragen, um entsprechend einen internen Strom IRT zu erzeugen. Die Stromspiegel-Teilschaltung 136 ist konfiguriert, um entsprechend einen Oszillatorstrom lose basierend auf dem internen Strom IRT zu erzeugen und den Oszillatorstrom lose zum Oszillator 138 zu übertragen. Der Oszillator 138 ist konfiguriert, um einen Betriebstakt CLK mit der Betriebsfrequenz basierend auf dem Oszillatorstrom lose zu erzeugen und den Betriebstakt CLK zur Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung 130 zu übertragen.
Die Spannungsrückkopplungsschaltung 124 ist konfiguriert, um die Ausgangsspannung 152 des Ausgangsendes 126 zu erfassen, um ein Rückkopplungssignal Vfb zu erzeugen und das Rückkopplungssignal Vfb zum Komparator 132 zu übertragen. Der Komparator 132 ist konfiguriert, um das Rückkopplungssignal Vfb mit einer Komparator-Referenzspannung 154 zu vergleichen, die von der Komparator-Rückkopplungsspannungsquelle 150 geliefert wird, um ein Arbeitszyklussignal 156 zu erzeugen und das Arbeitszyklussignal 156 zur Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung 130 zu übertragen. Die Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung 130 ist konfiguriert, um den Stromschalter 116 basierend auf der Betriebsfrequenz des Betriebstaktes CLK und des Arbeitszyklussignals 156 zu steuern, wobei das Arbeitszyklussignals 156 verwendet wird, um die Ausgangsspannung 152 zu stabilisieren.
Wenn in der vorliegenden Offenbarung ein Widerstandswert (nämlich der Gesamtwiderstandswert des ersten Widerstands (R1 und des zweiten Widerstands R2) der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz ist, gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art. Wenn der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 proportional zur Betriebsfrequenz ist, gehört das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Steuerungsschema für die negative Verstärkung des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der ersten Art und ein Steuerungsschema für die positive Verstärkung des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der zweiten Art bereit.
Bei einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz und wenn der interne Strom IRT zunimmt (wenn nämlich der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 abnimmt), nehmen der Oszillatorstrom lose, der Betriebstakt CLK und die Betriebsfrequenz alle zu, und wenn der interne Strom IRT abnimmt (wenn nämlich der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 zunimmt), nehmen der Oszillatorstrom lose, der Betriebstakt CLK und die Betriebsfrequenz alle ab.
Bei einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 proportional zur Betriebsfrequenz und wenn der interne Strom IRT abnimmt (wenn nämlich der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 zunimmt), nehmen der Oszillatorstrom lose, der Betriebstakt CLK und die Betriebsfrequenz alle zu, und wenn der interne Strom IRT zunimmt (wenn nämlich der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 abnimmt), nehmen der Oszillatorstrom lose, der Betriebstakt CLK und die Betriebsfrequenz alle ab.
7 zeigt einen Schaltplan der ersten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 der vorliegenden Offenbarung. 7 zeigt ein Steuerungsschema für die negative Verstärkung des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der ersten Art. Wie in 7 gezeigt, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 ein invertierender Verstärker, der einen Operationsverstärker OPA, einen dritten Widerstand R3 und einen vierten Widerstand R4 umfasst. Der Operationsverstärker OPA umfasst ein invertierendes Eingangsende 160, ein nichtinvertierendes Eingangsende 162, ein Ausgangsende 164, ein erstes Stromversorgungsende 166 und ein zweites Stromversorgungsende 168. Das nichtinvertierende Eingangsende 162 ist mit der Referenzsignalquelle vref verbunden. Das erste Stromversorgungsende 166 ist mit einer positiven Spannungsquelle Vcc verbunden. Das zweite Stromversorgungsende 168 ist geerdet.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung des abgetasteten Signals Vs im Vergleich mit dem Steuersignal Vcon, das auf das Steuerungsschema für die negative Verstärkung nach der vorliegenden Offenbarung angewandt wird. Nehmen Sie bitte gleichzeitig auch Bezug auf 7. 8 zeigt hauptsächlich einen Zustand des invertierenden Verstärkers in 8, der ein abgetastetes Signal Vs empfängt, um das Steuersignal Vcon auszugeben. Zuerst ist zu beachten, dass die inhärenten elektrischen Merkmale des invertierenden Verstärkers wie folgt sind: Das Ausgangssignal ist umgekehrt proportional zum Eingangssignal, aber der Höchstwert und der Mindestwert des Ausgangssignals sind durch die positive Spannungsquelle Vcc begrenzt, die mit dem ersten Stromversorgungsende 166 und einer ersten Stufe (nämlich geerdet für 7) verbunden ist, welche letztere entsprechend mit dem zweiten Stromversorgungsende 168 verbunden ist.
Wenn sich daher das abgetastete Signal Vs zwischen dem ersten Wert Vsa und dem zweiten Wert Vsb befindet, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 (nämlich der invertierende Verstärker) konfiguriert, um ein Steuersignal Vcon auszugeben, das umgekehrt proportional zum abgetasteten Signal Vs ist (nämlich, wenn das abgetastete Signal Vs größer ist, ist das Steuersignal Vcon kleiner, und wenn das abgetastete Signal Vs kleiner ist, ist das Steuersignal Vcon größer).
Jedoch ist das Steuersignal Vcon von der ersten Stufe (nämlich geerdet für 7), die mit dem zweiten Stromversorgungsende 168 verbunden ist, begrenzt. Unabhängig davon, wie groß das abgetastete Signal Vs wird, ist das Steuersignal Vcon mindestens Null; wenn nämlich das abgetastete Signal Vs größer als der zweite Wert Vsb ist, wird die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 konfiguriert, um das Steuersignal Vcon als die erste Stufe (nämlich Nullspannung) auszugeben. Durch die Ausführung des richtigen Schaltungsdesigns am invertierenden Verstärker (der zur Schaltungskategorie der allgemeinen invertierenden Verstärker gehört) kann der zweite geeignete Wert Vsb so konzipiert werden, dass, wenn das abgetastete Signal Vs größer als der zweite Werte Vsb ist, das Steuersignal Vcon die Nullspannung ist.
Außerdem wird das Steuersignal Vcon ebenfalls durch die positive Spannungsquelle Vcc, die mit dem ersten Stromversorgungsende 166 verbunden ist, begrenzt. Unabhängig davon, wie klein das abgetastete Signal Vs wird, ist das Steuersignal Vcon höchstens gleich der positiven Spannungsquelle Vcc, und die vorliegende Offenbarung dient dazu, das Steuersignal Vcon so zu konzipieren, dass es mindestens gleich der internen Spannung VRT ist (ohne die vorliegende Offenbarung darauf zu beschränken), wobei die positive Spannungsquelle Vcc (beispielsweise 5 Volt) größer als di interne Spannung VRT (beispielsweise 2 Volt) ist. Wenn nämlich das abgetastete Signal Vs kleiner als der erste Wert Vsa ist, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 konfiguriert, um das Steuersignal Vcon so auszugeben, dass es der internen Spannung VRT gleich ist. Durch die Ausführung des richtigen Schaltungsdesigns am invertierenden Verstärker (der zur Schaltungskategorie der allgemeinen invertierenden Verstärker gehört) kann der erste geeignete Wert Vsa so konzipiert werden, dass, wenn das abgetastete Signal Vs kleiner als der erste Werte Vsa ist, das Steuersignal Vcon gleich der internen Spannung VRT ist.
Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 6. Die Frequenzbegrenzungsschaltung 108 ist konfiguriert, um den internen Strom IRT basierend auf dem Steuersignal Vcon zu ändern (einzustellen), um eine maximale Betriebsfrequenz und eine Mindestbetriebsfrequenz der Betriebsfrequenz zu begrenzen, die im Detail wie folgt beschrieben sind:
9 zeigt eine schematische Darstellung des abgetasteten Signals Vs von 8 im Vergleich mit der Betriebsfrequenz. Nehmen Sie bitte gleichzeitig auch Bezug auf 6 und 8. Wie oben erwähnt, wenn das abgetastete Signal Vs kleiner als der erste Wert Vsa ist, ist das Steuersignal Vcon der internen Spannung VRT gleich. Da das Steuersignal Vcon zu dieser Zeit in 6 gleich der internen Spannung VRT ist, hat ein zweiter Widerstandsstrom IR2, der durch den zweiten Widerstand R2 fließt, den Wert Null, der interne Strom IRT ist gleich einem ersten Widerstandsstrom IR1, der durch den ersten Widerstand R1 fließt, und der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 (nämlich der Gesamtwiderstand der ersten Widerstands R1 und des zweiten Widerstands R2) wird am größten in Abwesenheit des zweiten Widerstands R2 (da der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 parallel geschaltet sind). Wie oben erwähnt, wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört, ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz. Wenn der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 am größten ist, ist daher die Betriebsfrequenz am niedrigsten, und es fließt zu dieser Zeit nur ein Widerstandsstrom IR1 durch den ersten Widerstand R1, sodass der erste Widerstand R1 konfiguriert wird, um die Mindestbetriebsfrequenz der Betriebsfrequenz einzustellen. Die Mindestbetriebsfrequenz kann nämlich durch die Änderung des ersten Widerstands R1 geändert werden.
Wie oben erwähnt, wenn das abgetastete Signal Vs größer als der zweite Wert Vsb ist, ist das Steuersignal Vcon die Nullspannung (also gleichbedeutend mit Erde). Da das Steuersignal Vcon zu dieser Zeit in 6 gleich der Nullspannung ist, ist der interne Strom IRT gleich dem ersten Widerstandsstrom IR1 plus dem zweiten Widerstandsstrom IR2, und der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsspannung 108 wird der Mindestwert, wenn der erste Widerstand R1 vollständig parallel mit dem zweiten Widerstand R2 verbunden wird. Wie oben erwähnt, wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört, ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz. Wenn der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 am niedrigsten ist, ist die Betriebsfrequenz am höchsten. Da der erste Widerstand R1 verwendet wurde, um die Mindestbetriebsfrequenz einzustellen, wird der zweite Widerstand R2 konfiguriert, um die maximale Betriebsfrequenz einzustellen. Die maximale Betriebsfrequenz kann nämlich durch die Änderung des zweiten Widerstands R2 geändert werden.
Wie oben erwähnt, wenn sich das abgetastete Signal Vs zwischen dem ersten Wert Vsa und dem zweiten Wert Vsb befindet, ist das Steuersignal Vcon umgekehrt proportional zum abgetasteten Signal Vs (nämlich, wenn das abgetastete Signal Vs größer ist, ist das Steuersignal Vcon kleiner, und wenn das abgetastete Signal Vs kleiner ist, ist das Steuersignal Vcon größer). Wenn in diesem Fall das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört, ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz. Wenn daher das abgetastete Signal Vs größer ist, ist das Steuersignal Vcon kleiner, der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 ist kleiner und die Betriebsfrequenz nimmt allmählich zu; wenn das abgetastete Signal Vs kleiner ist, ist das Steuersignal Vcon größer, der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 ist größer und die Betriebsfrequenz nimmt allmählich ab.
7, 8 und 9, die oben erwähnt wurden, zeigen ein Steuerungsschema für die negative Verstärkung des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der ersten Art; 10, 11, 12 und 13, die oben erwähnt wurden, zeigen ein Steuerungsschema für die positive Verstärkung des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der zweiten Art.
10 zeigt einen Schaltplan der zweiten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 der vorliegenden Offenbarung. 11 zeigt einen Schaltplan der dritten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 der vorliegenden Offenbarung. 10 und 11 zeigen ein Steuerungsschema für die positive Verstärkung des Pulsweitenmodulations-Steuergeräts der zweiten Art. Wie in 10 gezeigt, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 ein nichtinvertierender Verstärker, der einen Operationsverstärker OPA, einen dritten Widerstand R3 und einen vierten Widerstand R4 umfasst. Der Operationsverstärker OPA umfasst ein invertierendes Eingangsende 160, ein nichtinvertierendes Eingangsende 162, ein Ausgangsende 164, ein erstes Stromversorgungsende 166 und ein zweites Stromversorgungsende 168. Das invertierende Eingangsende 160 ist mit einer Referenzsignalquelle vref über den vierten Widerstand R4 verbunden. Das erste Stromversorgungsende 166 ist mit der positiven Spannungsquelle Vcc verbunden. Das zweite Stromversorgungsende 168 ist geerdet. Wie in 11 gezeigt, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 ein Spannungsfolger, der einen Operationsverstärker OPA umfasst. Der Operationsverstärker OPA umfasst ein invertierendes Eingangsende 160, ein nichtinvertierendes Eingangsende 162, ein Ausgangsende 164, ein erstes Stromversorgungsende 166 und ein zweites Stromversorgungsende 168. Das erste Stromversorgungsende 166 ist mit einer positiven Spannungsquelle Vcc verbunden. Das zweite Stromversorgungsende 168 ist geerdet.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung des abgetasteten Signals Vs im Vergleich mit dem Steuersignal Vcon, das auf das Steuerungsschema für die positive Verstärkung nach der vorliegenden Offenbarung angewandt wird. Nehmen Sie bitte gleichzeitig auch Bezug auf 10 und 11. 12 zeigt hauptsächlich einen Zustand des nichtinvertierenden Verstärkers in 10, und der Spannungsfolger aus 11 empfängt das abgetastete Signal Vs , um das Steuersignal Vcon auszugeben. Zuerst ist zu beachten, dass die inhärenten elektrischen Merkmale des nichtinvertierenden Verstärkers wie folgt sind: Das Ausgangssignal ist proportional zum Eingangssignal, aber der Höchstwert und der Mindestwert des Ausgangssignals sind durch die positive Spannungsquelle Vcc begrenzt, die mit der ersten Stromversorgungsende 166 und einer ersten Stufe (nämlich geerdet in 10 und 11) verbunden ist, welche letztere entsprechend mit dem zweiten Stromversorgungsende 168 verbunden ist.
Wenn sich daher das abgetastete Signal Vs zwischen dem ersten Wert Vsa und dem zweiten Wert Vsb befindet, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 (nämlich der nichtinvertierende Verstärker und der Spannungsfolger) konfiguriert, um ein Steuersignal Vcon auszugeben, das proportional zum abgetasteten Signal Vs ist (nämlich, wenn das abgetastete Signal Vs größer ist, ist das Steuersignal Vcon größer, und wenn das abgetastete Signal Vs kleiner ist, ist das Steuersignal Vcon kleiner).
Jedoch ist das Steuersignal Vcon von der ersten Stufe (nämlich geerdet für 10 und 11), die mit dem zweiten Stromversorgungsende 168 verbunden ist, begrenzt. Unabhängig davon, wie klein das abgetastete Signal Vs wird, ist das Steuersignal Vcon daher mindestens Null. Wenn nämlich das abgetastete Signal Vs kleiner als der erste Wert Vsa ist, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 konfiguriert, um das Steuersignal Vcon als die erste Stufe auszugeben (nämlich als Nullspannung. Indem das geeignete Schaltungsdesign am nichtinvertierenden Verstärker und am Spannungsfolger (die zu den Schaltungsdesignkategorien der allgemeinen nichtinvertierenden Verstärker und der Spannungsfolger gehören)) gewählt wird, kann der geeignete erste Wert Vsa konzipiert werden, sodass die Steuerspannung Vcon der Nullspannung entspricht, wenn das abgetastete Signal Vs kleiner als der erste Wert Vsa ist.
Außerdem wird das Steuersignal Vcon ebenfalls durch die positive Spannungsquelle Vcc, die mit dem ersten Stromversorgungsende 166 verbunden ist, begrenzt. Unabhängig davon, wie groß das abgetastete Signal Vs wird, ist das Steuersignal Vcon daher höchstens gleich der positiven Spannungsquelle Vcc. In der vorliegenden Offenbarung ist das Steuersignal Vcon so konzipiert, dass es höchstens gleich der internen Spannung VRT ist (aber nicht beschränkt darauf), wobei die positive Spannungsquelle Vcc (beispielsweise 5 Volt) größer als die interne Spannung VRT (beispielsweise 2 Volt) ist. Wenn nämlich das abgetastete Signal Vs größer als der zweite Wert Vsb ist, ist die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 konfiguriert, um das Steuersignal Vcon so auszugeben, dass es der internen Spannung VRT gleich ist. Indem das geeignete Schaltungsdesign am nichtinvertierenden Verstärker und am Spannungsfolger (die zu den Schaltungsdesignkategorien der allgemeinen nichtinvertierenden Verstärker und der Spannungsfolger gehören) gewählt wird, können der geeignete zweite Wert Vsb und das geeignete Steuersignal Vcon konzipiert werden, sodass die Steuerspannung Vcon gleich der internen Spannung VRT ist, wenn das abgetastete Signal Vs größer als der zweite Wert Vsb ist.
Nehmen Sie bitte erneut Bezug auf 6. Die Frequenzbegrenzungsschaltung 108 ist konfiguriert, um den internen Strom IRT basierend auf dem Steuersignal Vcon zu ändern (einzustellen), um eine maximale Betriebsfrequenz und eine Mindestbetriebsfrequenz der Betriebsfrequenz zu begrenzen, die im Detail wie folgt beschrieben sind:
13 zeigt eine schematische Darstellung des abgetasteten Signals Vs von 12 im Vergleich mit der Betriebsfrequenz. Nehmen Sie bitte gleichzeitig auch Bezug auf 6 und 12. Wie oben erwähnt, wenn das abgetastete Signal Vs größer als der zweite Wert Vsb ist, ist das Steuersignal Vcon der internen Spannung VRT gleich. Da das Steuersignal Vcon zu dieser Zeit in 6 gleich der internen Spannung VRT ist, hat ein zweiter Widerstandsstrom IR2, der durch den zweiten Widerstand R2 fließt, den Wert Null, der interne Strom IRT ist gleich einem ersten Widerstandsstrom IR1, der durch den ersten Widerstand R1 fließt, und der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 (nämlich der Gesamtwiderstand der ersten Widerstands R1 und des zweiten Widerstands R2) wird am größten in Abwesenheit des zweiten Widerstands R2 (da der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 parallel geschaltet sind). Wie oben erwähnt, wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört, ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 proportional zur Betriebsfrequenz. Wenn der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 am größten ist, ist daher die Betriebsfrequenz am höchsten, und es fließt zu dieser Zeit nur der Widerstandsstrom IR1 durch den ersten Widerstand R1, sodass der erste Widerstand R1 konfiguriert wird, um die maximale Betriebsfrequenz der Betriebsfrequenz einzustellen. Die maximale Betriebsfrequenz kann nämlich durch die Änderung des ersten Widerstands R1 geändert werden.
Wie oben erwähnt, wenn das abgetastete Signal Vs kleiner als der erste Wert Vsa ist, ist das Steuersignal Vcon die Nullspannung (also gleichbedeutend mit Erde). Da das Steuersignal Vcon zu dieser Zeit in 6 gleich der Nullspannung ist, ist der interne Strom IRT gleich dem ersten Widerstandsstrom IR1 plus dem zweiten Widerstandsstrom IR2, und der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsspannung 108 wird der Mindestwert, wenn der erste Widerstand R1 vollständig parallel mit dem zweiten Widerstand R2 verbunden wird. Wie oben erwähnt, wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört, ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 proportional zur Betriebsfrequenz. Wenn daher der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 am niedrigsten ist, ist die Betriebsfrequenz am niedrigsten. Da der erste Widerstand R1 verwendet wurde, um die maximale Betriebsfrequenz einzustellen, wird der zweite Widerstand R2 konfiguriert, um die Mindestbetriebsfrequenz einzustellen. Die Mindestbetriebsfrequenz kann nämlich durch die Änderung des zweiten Widerstands R2 geändert werden.
Wie oben erwähnt, wenn sich das abgetastete Signal Vs zwischen dem ersten Wert Vsa und dem zweiten Wert Vsb befindet, ist das Steuersignal Vcon proportional zum abgetasteten Signal Vs (nämlich, wenn das abgetastete Signal Vs größer ist, ist das Steuersignal Vcon größer, und wenn das abgetastete Signal Vs kleiner ist, ist das Steuersignal Vcon kleiner). Wenn in diesem Fall das Pulsweitenmodulations-Steuergerät 110 zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört, ist der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 proportional zur Betriebsfrequenz. Wenn daher das abgetastete Signal Vs größer ist, ist das Steuersignal Vcon größer, der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 ist größer und die Betriebsfrequenz nimmt allmählich zu; wenn das abgetastete Signal Vs kleiner ist, ist das Steuersignal Vcon kleiner, der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung 108 ist kleiner und die Betriebsfrequenz nimmt allmählich ab.
4 zeigt einen Schaltplan der vierten Ausführung der Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 der vorliegenden Offenbarung. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 einen Digital-Analog-Wandler 144, einen Mikrocontroller 146 und einen Analog-Digital-Wandler 148. Der Mikrocontroller 146 ist elektrisch mit dem Digital-Analog-Wandler 144 und dem Analog-Digital-Wandler 148 verbunden. Dank des Mikrocontrollers 146 kann die in 4 gezeigte Signalverstärkungsanpassungsschaltung 106 sowohl auf ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art als auch ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art angewandt werden und kann die maximale Betriebsfrequenz sowie die Mindestbetriebsfrequenz begrenzen, wie oben angeführt. Der Mikrocontroller 146 ist nämlich konfiguriert, um das Steuersignal Vcon zu steuern, um die maximale Betriebsfrequenz und die Mindestbetriebsfrequenz zu bestimmen.
Die anwendbaren Architekturen des verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparat 10 der vorliegenden Offenbarung umfassen Buck, Buck-Boost, Flyback, Forward, Halbbrücke, Vollbrücke und so weiter. Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung bestehen darin, die folgenden Probleme, die durch eine fixierte Betriebsfrequenz erzeugt werden, zu vermeiden: Wenn die fixierte Betriebsfrequenz hoch ist, ist der Wirkungsgrad niedrig bei geringer Last, und wenn die Betriebsspannung niedrig ist, kann die magnetische Komponente bei hoher Last leicht gesättigt werden. Nehmen Sie bitte Bezug auf 9 oder 13. Wenn die Last 20 (wie in 1, 2 und 3 gezeigt) leicht ist, kann die Betriebsspannung reduziert werden, um den Schaltverlust zu reduzieren und somit die Effizienz zu erhöhen. Wenn die Last 20 schwer ist, kann die Betriebsfrequenz erhöht werden, um eine Sättigung der magnetischen Komponente zu vermeiden, und das Volumen der magnetischen Komponente kann reduziert werden.
Außerdem, um den fehlerhaften Betrieb des Ausgangssignals zu vermeiden, weist das Pulsweitenmodulations-Steuergerät gewöhnlich die Einstellung der Vorderkanten-Ausblendzeit (TLEB) auf. Wenn es keine Last bzw. eine leichte Last gibt, da der Arbeitszyklus extrem klein ist und wenn die Impulsleitungszeit (Ton) kleiner als die Vorderkanten-Ausblendzeit ist, neigt das Pulsweitenmodulations-Steuergerät dazu, instabil zu sein, sodass das Problem der Ausgangsinstabilität (harmonisch) auftritt. Daher reduziert die vorliegende Offenbarung die Betriebsfrequenz bei geringer Last, damit die Impulsleitungszeit kleiner als die Vorderkanten-Ausblendzeit wird, um das Problem des instabilen Ausgangs, der von der Vorderkanten-Ausblendzeit verursacht wird, zu reduzieren.
Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf ihre Ausführungen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Details dieser Ausführungen beschränkt ist. Verschiedene Substitutionen und Modifikationen wurden in der obigen Beschreibung vorgeschlagen, und für fachkundige Personen kann es auch noch weitere Substitutionen und Modifikationen geben. Daher sind alle diese Substitutionen und Modifikationen als zum Umfang der Offenbarung gehörig anzusehen, wobei die Offenbarung in den folgenden Ansprüchen definiert wird.

Claims

Ein verbesserten Stromumwandlungs-Schaltapparat (10), umfassend: eine Stromwandlungsschaltung (102); eine Abtastschaltung (104), die elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) verbunden ist; eine Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106), die elektrisch mit der Abtastschaltung (104) verbunden ist; eine Frequenzbegrenzungsschaltung (108), die elektrisch mit der Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) verbunden ist; und ein Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110), das elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) und der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) verbunden ist, wobei die Abtastschaltung (104) konfiguriert ist, um die Stromwandlungsschaltung (102) zu erfassen, um ein abgetastetes Signal (Vs) zu erhalten und das abgetastete Signal (Vs) zur Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) zu übertragen; wobei die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) konfiguriert ist, das abgetastete Signal (Vs) anzupassen, um ein Steuersignal (Vcon) zu erhalten und das Steuersignal (Vcon) zur Frequenzbegrenzungsschaltung (108) zu übertragen; und wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) konfiguriert ist, um eine Betriebsfrequenz des Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) basierend auf dem Steuersignal (Vcon) zu steuern.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 1, wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) die folgenden Komponenten umfasst: eine Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung (134), die elektrisch mit der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) verbunden ist, wobei die Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung (134) Folgendes umfasst: eine interne Spannungsquelle (128), die elektrisch mit der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) verbunden ist, wobei die interne Spannungsquelle (128) konfiguriert ist, um eine interne Spannung (VRT) zur Frequenzbegrenzungsschaltung (108) zu übertragen, um entsprechend einen internen Strom (IRT) zu erzeugen, wobei die Frequenzbegrenzungsschaltung (108) konfiguriert ist, um den internen Strom (IRT) basierend auf dem Steuersignal (Vcon) zu ändern, um eine maximale Betriebsfrequenz und eine Mindestbetriebsfrequenz der Betriebsfrequenz zu begrenzen.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 2, wobei die Frequenzbegrenzungsschaltung (108) die folgenden Komponenten umfasst: einen ersten Widerstand (R1), der elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) verbunden ist; und einen zweiten Widerstand (R2), der elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110), der Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) und dem ersten Widerstand (R1) verbunden ist, wobei, wenn ein Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz ist, das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört, und wenn der Widerstandswert der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) proportional zur Betriebsfrequenz ist, das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört; wobei, wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört, der erste Widerstand (R1) konfiguriert ist, um die Mindestbetriebsfrequenz einzustellen, und der zweite Widerstand (R2) konfiguriert ist, um die maximale Betriebsfrequenz einzustellen, und wobei die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) konfiguriert ist, um das Steuersignal so auszugeben: dass es der internen Spannung (VRT) gleich ist, wenn das abgetastete Signal (Vs) kleiner als der erste Wert (Vsa) ist, dass es umgekehrt proportional zum abgetasteten Signal (Vs) ist, wenn das abgetastete Signal (Vs) zwischen dem ersten Wert (Vsa) und dem zweiten Wert (Vsb) liegt, und dass es eine erste Stufe bildet, wenn das abgetastete Signal (Vs) größer als der zweite Wert (Vsb) ist; wobei, wenn das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zu einem Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört, der erste Widerstand (R1) konfiguriert ist, um die maximale Betriebsfrequenz einzustellen, und der zweite Widerstand (R2) konfiguriert ist, um die Mindestbetriebsfrequenz einzustellen, und wobei die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) konfiguriert ist, um das Steuersignal (Vcon) so auszugeben: dass es der ersten Stufe des abgetasteten Signals (Vs) entspricht, wenn das abgetastete Signal (Vs) kleiner als der erste Wert (Vsa) ist, dass es proportional zum abgetasteten Signal (Vs) ist, wenn das abgetastete Signal (Vs) zwischen dem ersten Wert (Vsa) und dem zweiten Wert (Vsb) liegt, und dass es der internen Spannung (VRT) gleich ist, wenn das abgetastete Signal (Vs) größer als der zweite Wert (Vsb) ist.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 3, wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) ferner die folgenden Komponenten umfasst: eine Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung (130), die elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) und der Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung (134) verbunden ist; einen Komparator (132), der elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) und der Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung (130) verbunden ist; und eine Komparator-Referenzspannungsquelle (150), die elektrisch mit dem Komparator (132) verbunden ist, wobei die Stromwandlungsschaltung (102) Folgendes umfasst: Die Spannungsrückkopplungsschaltung (124) ist elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) verbunden, ein Ausgangsende (126) ist elektrisch mit der Spannungsrückkopplungsschaltung (124) verbunden, wobei die Oszillator-Zeitsteuerungsschaltung (134) ferner Folgendes umfasst: eine Stromspiegel-Teilschaltung (136), die elektrisch mir der internen Spannungsquelle (128) verbunden ist, und einen Oszillator (138), der elektrisch mit der Stromspiegel-Teilschaltung (136) und der Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung (130) verbunden ist, wobei die Stromspiegel-Teilschaltung (136) konfiguriert ist, um entsprechend einen Oszillatorstrom (lose) basierend auf dem internen Strom (IRT) zu erzeugen und den Oszillatorstrom (lose) zum Oszillator (138) zu übertragen; wobei der Oszillator (138) konfiguriert ist, um einen Betriebstakt (CLK) mi der Betriebsfrequenz basierend auf dem Oszillatorstrom (lose) zu erzeugen und den Betriebstakt (CLK) zur Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung (130) zu übertragen; wobei die Spannungsrückkopplungsschaltung (124) konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung (152) des Ausgangsendes (126) zu erfassen, um ein Rückkopplungssignal (Vfb) zu erzeugen und das Rückkopplungssignal (Vfb) zum Komparator (132) zu übertragen; wobei der Komparator (132) konfiguriert ist, um das Rückkopplungssignal (Vfb) mit einer Komparator-Referenzspannung (154) zu vergleichen, die von der Komparator-Rückkopplungsspannungsquelle (150) geliefert wird, um ein Arbeitszyklussignal (156) zu erzeugen und das Arbeitszyklussignal (156) zur Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung (130) zu übertragen
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 4, wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zum Pulsweitenmodulations-Steuergerät der ersten Art gehört und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) ein invertierender Verstärker ist.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 4, wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zum Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) ein nichtinvertierender Verstärker ist.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 4, wobei das Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) zum Pulsweitenmodulations-Steuergerät der zweiten Art gehört und die Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) ein Spannungsfolger ist.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 4, wobei die Frequenzbegrenzungsschaltung (106) die folgenden Komponenten umfasst: einen Digital-Analog-Wandler (144), der elektrisch mit der Frequenzbegrenzungsschaltung (108) verbunden ist; einen Mikrocontroller (146), der elektrisch mit dem Digital-Analog-Wandler (144) verbunden ist, und einen Analog-Digital-Wandler (148), der elektrisch mit dem Mikrocontroller (146) und der Abtastschaltung (104) verbunden ist.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 4, wobei die Stromumwandlungsschaltung (102) die folgenden Komponenten umfasst: einen Stromschalter (116), der elektrisch mit dem Pulsweitenmodulations-Steuergerät (110) verbunden ist; ein Eingangsende (118), das elektrisch mit dem Stromschalter (116) verbunden ist; einer Transformator (120), der elektrisch mit dem Stromschalter (116) verbunden ist; und eine Gleichrichter-Filterschaltung (122), die elektrisch mit dem Transformator (120), der Spannungsrückkopplungsschaltung (124) und dem Ausgangsende (126) verbunden ist, wobei die Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung (130) konfiguriert ist, um den Stromschalter (116) basierend auf der Betriebsfrequenz des Betriebstakts (CLK) und dem Arbeitszyklussignal (156) zu steuern.
Der verbesserte Stromumwandlungs-Schaltapparat (10) nach Anspruch 4, wobei die Abtastschaltung (104) die folgenden Komponenten umfasst: eine Ausgangsende-Abtastteilschaltung (112), die elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) und der Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) verbunden ist; und eine Eingangsende-Abtastteilschaltung (114), die elektrisch mit der Stromwandlungsschaltung (102) und der Signalverstärkungsanpassungsschaltung (106) verbunden ist, wobei die Ausgangsende-Abtastteilschaltung (112) konfiguriert ist, um die Stromwandlungsschaltung (102) zu erfassen, um ein erstes abgetastetes Signal (Vs1) zu erhalten, wobei die Eingangsende-Abtastteilschaltung (114) konfiguriert ist, um die Stromwandlungsschaltung (102) zu erfassen, um ein zweites abgetastetes Signal (Vs2) zu erhalten; und wobei die Abtastschaltung (104) konfiguriert ist, um das erste abgetastete Signal (Vs1) und das zweite abgetastete Signal (Vs2) zu integrieren, um das abgetastete Signal (Vs) zu erhalten.