DE60301952T2 - Rauschverminderung in einem stromwandler - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteueranordnung zum Reduzieren von hörbarem Geräusch, einen Leistungswandler mit einer derartigen Ansteueranordnung wie auch auf ein Verfahren, einen Leistungswandler, so wie in einem Quasiresonanz-Schaltleistungswandler zur Verwendung in TVs, VCRs, Druckern, Computern usw., anzusteuern. Der entsprechende Stand der Technik ist in JP20018453 A offenbart.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In vielen Schaltleistungswandlern ist die Minimalfrequenz nicht unterhalb 20 kHz begrenzt, wie zum Beispiel in Quasiresonanzwandlern. Das bedeutet, dass der Wandler hörbares Geräusch erzeugen kann, was nicht akzeptabel ist und was durch das menschliche Ohr wahrgenommen werden kann. In einigen Wandlern wie in Sperrwandlern kann dies passieren, wenn der Wandler kurzgeschlossen ist, beim Hochfahren oder beim Abschalten des Wandlers. Wenn ein Quasiresonanzwandler auf hohen Leistungsniveaus betrieben wird, wird die Frequenz, mit welcher der Wandler geschaltet wird, niedriger. Die Schaltfrequenz wird weiterhin verringert, wenn der Strom durch den Schalter hoch wird, wobei dieser Schalter normalerweise durch irgendeine Art von Transistorschaltung wie einen FET-Transistor realisiert wird. Es existiert also ein Problem mit den Wandlern von heute.
  • US 6.011.361 beschreibt einen Abwärtswandler zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Gasentladungslampe. Hier kann die maximale Ausschaltzeit des Transistors, der den Wandler schaltet, eingestellt werden, um den Betrieb unterhalb 20 kHz zu vermeiden. In diesem Dokument gibt es keine Überwachung oder direkte Begrenzung der Frequenz, nur Begrenzungen für die Ausschaltzeit werden eingestellt. Diese Begrenzungen sind die ganze Zeit eingestellt, unabhängig davon, ob die Schaltfrequenz hoch oder niedrig ist. Die Ausschaltzeit bekommt eine Obergrenze von 36 μs und eine Untergrenze von 5 μs. In Bezug auf hörbares Geräusch wird der Schalter eingeschaltet, wenn eine Zeitgrenze für die Ausschaltzeit erreicht ist. Um für diese Anordnung daran zu arbeiten, hörbares Geräusch zu reduzieren, müssen die Last und die Eingangsspannung bekannt sein. Da die Schaltung zum Treiben einer Lampe, deren Last bekannt ist, angeordnet ist, funktioniert dies in dieser Umgebung gut. Es würde aber zum Reduzieren hörbaren Geräusches für eine Stromversorgung nicht richtig funktionieren, weil eine Stromversorgung mit mehreren verschieden Arten von Lasten arbeiten können muss und Begrenzung der Schaltperiode nur gemacht werden muss, wenn die Frequenz tatsächlich niedrig ist und nicht, wenn der Wandler normal arbeitet. Dieses Dokument beschreibt auch nicht die Begrenzung des Spitzenstroms in dem Transistor in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Problem der Reduzierung von hörbarem Geräusch in Leistungswandlern, das zum Beispiel beim Hochfahren, Kurzschluss, Überlast oder beim Abschalten eines Wandlers vorhanden sein kann. Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen.
  • Das Problem wurde gelöst mit einem Verfahren zum Ansteuern eines Leistungswandlers mit mindestens einem Schalter, wobei die Schaltfrequenz des ersten Schalters überwacht wird und der erste Schalter so angesteuert wird, dass die Frequenz über einem bestimmten, hörbares Geräusch erzeugenden, Niveau bleibt.
  • Mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde ein Wandler realisiert, der wenige zusätzliche Komponenten in der Ansteueranordnung benötigt, was dadurch die Kosten der Ansteueranordnung und des Wandlers niedrig hält. Zusätzliche Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Es zeigen:
  • 1 ein Schaltbild eines Sperrwandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 den Controller eines Sperrwandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 eine Grafik mit verschiedenen Strömen und Spannungen während einiger Arbeitszyklen des Wandlers aus 1,
  • 4 eine Grafik mit verschiedenen Strömen und Spannungen während noch einiger Arbeitszyklen des Wandlers aus 1, und
  • 5 ein Schalbild eines Sperrwandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Bezug auf Sperrwandler für DC/DC-Wandlung beschrieben. Die Erfindung ist trotzdem in keiner Weise auf derartige Wandler oder nur auf DC/DC-Wandlung begrenzt, sondern kann in jede Art von Wandler implementiert werden. Wie beispielsweise Abwärts-, Aufwärts oder Abwärts/Aufwärts. Wandlung kann ebenso andere Arten von Wandlung sein, wie AC/DC, DC/AC oder AC/AC.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sperrwandler 10, der als Stromversorgung arbeitet. Der gezeigte Wandler ist ein Wandler, in dem Stromsteuerung verwendet wird. In diesem Wandler gibt es eine Eingangsspannungsquelle 12 mit einer Spannung VIN, die zwischen Masse und einem ersten Ende der Primärwicklung 16 eines Leistungswandlermittels in Form eines Transformators 14 angeschlossen ist. Das zweite Ende der Primärwicklung 16 ist an die Drain eines ersten Transistors oder ersten Schalters 26 angeschlossen, wobei der Transistor vorzugsweise ein FET-Transistor ist. Das Gate des ersten Transistors 26 ist an einen Treiberausgang 40 einer Ansteueranordnung oder Controllers 28 angeschlossen. Die Source des Transistors 26 ist an einen Abtastwiderstand 44, der wiederum an Masse angeschlossen ist, angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Source des Transistors 26 und dem Abtastwiderstand 44 ist über eine Parallelschaltung mit einem Widerstand 46 und einem Kondensator 48 an einen Abtasteingang 43 des Controllers 28 angeschlossen. Der Controller 28 hat einen Erdungsanschluss 42, der zum Erden der verschiedenen, den Controller ausmachenden Schaltungen an Masse angeschlossen ist. Der Controller 28 enthält eine Einschaltrücksetzungsschaltung 34 und einen Oszillator 36, beide an einen PWM-Controller oder Gateansteuerschaltung 32 angeschlossen. Die Gatesteuerschaltung 32 ist auch an einen Ansteuereingang 38 und den Abtasteingang 43 angeschlossen. Die Gateansteuerschaltung 32 ist außerdem an einen Reset-Eingang R eines RS-Flipflops 30 und an einen Set-Eingang des RS-Flipflops 30 angeschlossen. Das RS-Flipflop hat einen Ausgang Q, der an das Gate des Transistors 26 angeschlossen ist. Der Controller 28 hat einen Timer 45, der zwischen dem Treiberausgang 40 und der Gatetreiberschaltung 32 angeschlossen ist.
  • Ein erstes Ende der Sekundärwicklung 18 des Transformators 14 ist an eine Diode 20 angeschlossen, die wiederum an einen ersten Kondensator 22 und eine Last 24 angeschlossen ist. Die Last 24, der erste Kondensator 22 und die Sekundärwicklung 18 des Transformators 14 sind auch an Masse angeschlossen, vorzugsweise über galvanische Isolation. Ein Verbindungspunkt zwischen der Diode 20, dem Kondensator 22 und der Last 24 ist auch an den Ansteuereingang 38 des Controllers 28 angeschlossen. Der Verbindungspunkt ist vorzugsweise über einen Optokoppler an den Ansteuereingang 38 angeschlossen.
  • 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild von Teilen des Controllers 28 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abtasteingang 43 des Controllers 28 ist an einen ersten Eingang einer Vergleichsanordnung in Form eines ersten Komparators 52, wobei der erste Komparator in der Gatetreiberschaltung 32 bereitgestellt ist, angeschlossen. Eine Stromquelle 56 ist über einen zweiten Schalter 54 an den genannten ersten Eingang des Komparators 52 angeschlossen. Ein zweiter Eingang des Komparators 52 ist an eine Spannungsquelle 50 angeschlossen. Der Ausgang des ersten Komparators 52, dessen Ausgang an den Transistor 26, der einen ersten Schalter bildet, angeschlossen ist, ist auch an einen Takteingang dk eines D-Flipflops 58 angeschlossen. Ein zweiter Komparator 57 hat einen an einen D-Eingang des D-Flipflops 58 angeschlossenen Ausgang. Der zweite Komparator 57 hat einen positiven Eingangsanschluss, der ein Signal von dem vorher erwähnten Timer empfängt, und einen negativen Eingangsanschluss, der an eine Referenzspannung Vref angeschlossen ist. Der zweite Schalter 54 wird durch die Gatetreiberschaltung 32 auf eine Weise angesteuert, die später in dieser Beschreibung beschrieben wird. Es ist auch klar, dass der zweite Schalter, die Stromquelle, die Spannungsquelle, das D-Flipflop und der zweite Komparator auch in der Gatetreiberschaltung bereitgestellt sind.
  • 3 zeigt verschiedene Spannungen und Ströme des Sperrwandlers aus 1 und 2. Oben in 3 ist die Variation der Spannung Ud über die Drain des Transistors 26 über die Zeit genauso wie die Eingangsspannung Vi gezeigt. Unterhalb dieser Spannung sind die Treiberspannungspulse V40 gezeigt, die von der Gatetreiberschaltung 32 zu dem Gate des Transistors 26 erzeugt werden, um diesen zu schalten. Unterhalb der Treiberpulse ist der Strom I26 gezeigt, der durch den Transistor fließt, und unterhalb des Stroms durch den Transistor ist der Ausgangsstrom I18 des Wandlers gezeigt. Unter dem Ausgang strom I18 ist eine Spannung V45 gezeigt, die von dem Timer 45 zusammen mit dem Referenzspannungspegel Vref an den zweiten Komparator 57 geliefert wird. Unter der von dem Timer 45 gelieferten Spannung V45 ist eine Ausgangsspannung V57 von dem zweiten Komparator 57 gezeigt, und unter dieser Spannung V57 eine andere Spannung S54, die von dem D-Flipflop an den zweiten Schalter 54 geliefert wird. 4 zeigt dieselben Arten von Strömen und Spannungen wie 3, aber für höhere Lasten, d.h. höhere Ausgangsströme und wenn die Frequenz so niedrig wird, dass hörbares Geräusch erzeugt wird.
  • Im normalen Betrieb, d.h. wenn die Frequenz über einem hörbares Geräusch entwickelnden Niveau ist, liefert der Wandler in bekannter Weise eine Ausgangsspannung an die Last. Das Ansteuern des ersten Schalters 26 wird auch in bekannter Weise gemacht, in dem Stromsteuerung durch Regeln des Spitzenstroms durch den Schalter 26 und Abtasten, wann die Spannung über der Drain des Transistors 26 minimal oder null ist, verwendet wird. Alternativ kann man abtasten, ob es über die Primärwicklung 16 des Transformators 14 einen Nulldurchgang der Spannung gibt und eine Verzögerung addieren, dieser Betriebsmodus ist als ein kritischer diskontinuierlicher oder selbstschwingender Stromquellen-Modus (SOPS) bekannt. Der Spitzenstrom, für den das Schalten gemacht werden muss, wird durch die Ausgangsspannung des Wandlers gegeben. Aus 3 und 4 kann gesehen werden, dass die Frequenz bei höheren Leistungspegeln, d.h. wenn der Wandler mehr Strom liefert, niedriger wird. Außerdem wird der Spitzenstrom größer, wenn die Einschaltzeit des Transistors 26 länger ist, was auch die Frequenz verringert. Die sekundäre Taktzeit, d.h. die Zeit, in welcher der Strom durch die Ausgangsstufe fließt, ist von der Ausgangsspannung V18 abhängig. Wenn die Ausgangsspannung fällt, nimmt die sekundäre Taktzeit zu, so dass die Frequenz abnimmt. Im normalen Betrieb wird der Wandler in einem Frequenzbereich über 20 kHz arbeiten. Wenn es aber eine große Last gibt, so wie wenn der Wandler kurzgeschlossen wird, beim Hochstarten, bei Überlast oder beim Abschalten des Wandlers, kann hörbares Geräusch erzeugt werden, was äußert unerwünscht ist. Wie diese niedrigen Frequenzen reduziert werden können, wird im Folgenden näher beschrieben. Ein typischer Controller ist im Datenblatt TEA1507 von Philips Semiconductors beschrieben, das hiermit durch Erwähnung mit einbezogen wird.
  • Wie vorher erwähnt, wird die Ausgangsspannung V18 des Wandlers durch Ansteuerung der Stromdurchgangszeit in der Primärwindung 16 unter Verwendung des Controllers 28 gesteuert. Dieser Strom wird durch Messung der Spannung über dem Abtastwiderstand 44 bestimmt. Diese Spannung wird in die Gatetreiberschaltung 32 einge speist, welche die Leitungszeit des Transistors 26, typischerweise ein Feldeffekttransistors wie ein BJT oder ein MOSFET, als Antwort auf den abgetasteten Strom einstellt. In der bevorzugten Ausführungsform wird dies durch Vergleichen der Spannung über dem Abtastwiderstand mit der Spannung aus der Spannungsquelle 50 in dem ersten Komparator, der einen hohen Spannungspegel erzeugt, getan. Der hohe Spannungspegel schaltet dann den ersten Schalter 26 ein. Wenn der Transistor 26 abgeschaltet wird, bricht das magnetische Feld in dem Transformator 14 zusammen, und in dem magnetischen Feld gespeicherte Energie wird in einen Strom in der Sekundärschaltung umgewandelt, der den ersten Kondensator 22 auflädt. Während des primären Takts ist die Drainspannung Ud etwa 0, während des sekundären Takts Ud = Vi + nV18, wobei n das Verhältnis zwischen Primärwindung 16 und Sekundärwindung 18 ist.
  • Im normalen Betrieb des Controllers 28 wird der erste Schalter 26 eingeschaltet, wenn die Spannung über der Drain nahe an null geht. Diese Spannung kann durch Abtasten der Spannung über einen Abtastanschluss in der Mitte der Primärwindung des Transformators bereitgestellt werden. Sie kann auch durch einen Transformator mit einer zusätzlichen Abtastwindung, die der Controller abtastet, oder durch irgend andere passende Mittel bereitgestellt werden. Die Ansteuerung des Schalters 26 wird entsprechend der Steuerung im selbstschwingenden Modus oder der Steuerung im kritischen diskontinuierlichen Modus gemacht, was in der Technik gut bekannt ist. Die Spannung aus der Spannungsquelle muss nicht fest sein, sondern wird in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangsspannung, wie sie am Ansteuerungseingang des Controllers 28 empfangen wird, variiert. Alles dies ist Standardstromansteuerung eines Wandlers.
  • Wenn die Zeit zu lang ist, d.h. die Frequenz ein festgesetztes Niveau, wie 20 kHz, bei dem hörbares Geräusch erzeugt wird, erreicht, sendet der Timer 45 ein Signal zum Regeln des ersten Schalters 26 an die Gatetreiberschaltung 32. Die Gatetreiberschaltung 32 steuert dann den ersten Schalter 26 an, so dass die Frequenz wieder ansteigt.
  • Wie vorher beschieben, überwacht der Timer 45 der Kontolleinheit 28 die Frequenz des ersten Schalters 26. Er tut dies durch Zählen der Zeit, seit der Schalter 26 zuletzt eingeschaltet war. Wenn die Zeit ein gesetztes Zeitlimit entsprechend einer ausgewählten Frequenz ist, die in der bevorzugten Ausführungsform 20 kHz, das Limit zur Erzeugung hörbaren Geräuschs (d.h. die Zeit ist 50 μs), erreicht, wird eine Anzeige an die Gatetreiberschaltung gegeben. Dies wird getan, indem der Timer 45 eine Spannung, die mit der Zeit zunimmt, an den zweiten Komparator 57 liefert. Wenn diese Spannung größer als die Referenzspannung Vref ist, liefert der zweite Komparator 57 einen hohen Spannungspegel an das D-Flipflop 58. Die Referenzspannung ist hier so gesetzt, dass der Pegel Vref von der Spannung von dem Timer erreicht wird, wenn eine der Periode der gesetzten Frequenz entsprechende Zeit erreicht ist. Das D-Flipflop 58 setzt dann seinen Ausgang Q auf High, wenn es das nächste Mal getaktet wird. Die Gatetreiberschaltung schließt dann den zweiten Schalter 54 zur selben Zeit, zu der der erste Schalter 26 eingeschaltet wird. Dies wird durch die Tatsache erreicht, dass der Ausgang des ersten Komparators 52, der den ersten Schalter 26 treibt, auch als das Taktsignal für das D-Flipflop 58 verwendet wird, wobei das D-Flipflop 58 dann den hohen Spannungspegel, der den zweiten Schalter einschaltet, austaktet. Das lässt die Stromquelle 56 das Aufladen des Kondensators 48 starten. Wenn dies getan ist, wird die Spannung über dem Kondensator 48 zu der Spannung über dem Abtastwiderstand 44 addiert, was dazu führt, dass der Komparator 52 den ersten Schalter 26 bei einem niedrigeren Strompegel abschaltet. Wenn dies getan ist, ist die Frequenz des ersten Schalters 26 erhöht. Wenn der erste Schalter 26 abgeschaltet ist, wird der zweite Schalter 54 eingeschaltet gelassen. Der Timer 45 wird zurückgesetzt, wenn der erste Schalter 26 eingeschaltet wird und startet wieder zu zählen. Wenn sich das Problem mit der niedrigen Frequenz durchsetzt, erzeugt der Timer einen weiteren Hinweis, die den zweiten Schalter 54 eingeschaltet lässt. Wenn die Frequenz trotzdem über das genannte gesetzte Niveau geht, erreicht der Ausgang des Timers 45 nicht den Spannungspegel Vref und der zweite Komparator 57 erzeugt deshalb eine niedrige Spannung, die an das D-Flipflop 58 geliefert wird. Das nächste Mal, wenn das D-Flipflop durch das Einschalten des ersten Schalters 26 getaktet wird, geht der Q-Ausgang des D-Flipflop auf Low, was den zweiten Schalter 54 ausschaltet. Der Widerstand 46 wird zum Entladen des Kondensators 48 verwendet.
  • Mit der bevorzugten Ausführungsform werden Geräusch erzeugende Frequenzen wesentlich reduziert. Das beschriebene Beispiel wurde für Stromsteuerung gegeben. Die beschriebene bevorzugte Ausführungsform ist ein kosteneffektives Verfahren. Der Widerstand 46 und der Kondensator 48 existieren in vielen Systemen schon zum sanften Hochstarten des Wandlers. Das bedeutet, dass die Erfindung preiswert ist, da keine zusätzlichen Komponenten benötigt werden. Es ist auch eine gut bekannte Tatsache, dass es notwendig ist, die Anzahl der Komponenten in einem Wandler auf einem Minimum zu halten, um die Kosten niedrig zu halten. Da der Widerstand 46 und der Kondensator 48 nicht im Controller sind, können sie nach Wunsch gewählt werden, um ein gutes Arbeiten der Erfindung zu erhalten. Dies ergibt große Flexibilität bei der Entscheidung, wie schnell die Spit zenstrombegrenzung zu tun ist. Diese bevorzugte Ausführungsform wurde auch mit guten Resultaten getestet.
  • Die Erfindung kann auch bei Verwendung von Spannungssteuerung implementiert werden. Ein spannungsgesteuerter Wandler ist in 5 gezeigt. 5 ist auf viele Weise ähnlich zu 1. Der Unterschied ist, dass der Controller keinen Abtasteingang 43 hat und dass es keinen Abtastwiderstand 44 oder Parallelschaltung 46, 48 in dem Wandler aus 5 gibt. Der Rest der Teile ist gleich und wird hier nicht weiter beschrieben. In diesem Fall wird die Einschaltzeit des ersten Schalters 26 durch direkte PWM-Steuerung begrenzt. Hier wird die Einschaltzeit durch die Ausgangsspannung gesteuert. Erhöhung einer Spannung im Vergleich zu einer Referenzspannung kann auch hier eine rechtzeitige Begrenzung bereitstellen. Anzeige auf niedrige Frequenz kann auch hier durch Verwendung eines an den Timer angeschlossenen Komparators bereitgestellt werden. Trotzdem wird Stromsteuerung in vielen Fällen der Spannungssteuerung vorgezogen, weil dann die Steuerung direkter und schneller ist.
  • Es gibt einen Umstand, wo es eine Frequenz unterhalb 20 kHz geben kann, trotz der oben erwähnten Steuerung der Einschaltzeit des ersten Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung. Der erste Schalter 26 hat eine minimale Einschaltzeit, d.h. eine kleinste Zeit, die er eingeschaltet sein kann. Wenn die von der Gatetreiberschaltung 32 gesetzte Einschaltzeitbegrenzung niedriger als diese ist, kann der erste Schalter 26 nicht unter dieses Limit gehen. In diesem Fall kann die Frequenz unter das gesetzte Limit gehen. Aber das Geräusch kann in diesem Fall nicht stark sein, weil dann die Spitzenströme in dem System auch gering sind.
  • Es gibt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, und das ist, dass der erste Schalter 26 direkt eingeschaltet wird, wenn die Anzeige empfangen wird. Wenn die Gatetreiberschaltung 32 die Anzeige von dem Timer empfängt, schaltet sie unmittelbar den ersten Schalter 26 ein. Dies kann durch passende Logikschaltungen mit den Lehren der bevorzugten Ausführungsform implementiert werden. Der Wandler geht dann in den stetigen Leitungsmodus und dies begrenzt direkt die Frequenz. Es gibt aber mit dieser Ausführungsform ein Problem, und das ist, dass die Diode 20 an der Ausgangsseite heiß werden könnte.
  • Um dies zu lösen, kann die zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, d.h. dass der erste Schalter 26 automatisch eingeschaltet wird, wenn die Frequenz unter das gesetzte Frequenzniveau geht, und gleichzeitig wird auch die Einschaltzeit des Schalters durch Stromsteuerung oder Spannungssteuerung begrenzt. Dies verringert die Temperatur der Diode 20.
  • Abschließend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Wandlers beschrieben. In dem beschriebenen Verfahren wird das Verfahren der Begrenzung der Einschaltzeit des ersten Schalters 26 durch Stromsteuerung damit beschrieben, wie der erste Schalter 26 geregelt wird und dann wie der zweite Schalter 54 geregelt wird. Das Verfahren wird außerdem vorzugsweise in Form von Hardware implementiert.
  • Das Verfahren, den ersten Schalter zu steuern, wird gestartet, wenn der Wandler eingeschaltet wird. Danach wird der Schalter eingeschaltet. Dann gibt es einen Vergleich zwischen den addierten Spannungen, d.h. den Spannungen über dem Kondensator 48 und dem Abtastwiderstand 44, mit der Spannung V50. Wenn die addierten Spannungen über der Spannung V50 sind, wird der erste Schalter 26 ausgeschaltet. Wenn nicht, wird der Vergleich wieder gemacht. Zu bemerken ist, dass wenn es keine niedrige Frequenz gibt, dann ist die Spannung des Kondensators 48 null und der Vergleich wird nur zwischen der Spannung über dem Abtastwiderstand 44 und V50 gemacht, was der normale Betriebsmodus ist. Danach wird untersucht, ob es ein Signal zum Einschalten des ersten Schalters 26 gibt. In der bevorzugten Ausführungsform wird dies durch die Tatsache angezeigt, dass ein Nulldurchgang der Spannung über der Primärwindung des Transformators stattfindet. Wenn es keine solche Anzeige oder Signal gibt, wird eine neue Untersuchung gemacht. Wenn aber es eine solche Anzeige gibt, wird der Schalter 26 wieder eingeschaltet, und das Verfahren geht wie zuvor beschrieben so lange weiter wie der Wandler eingeschaltet ist.
  • Das Verfahren zur Steuerung des zweiten Schalters 54 startet ähnlich wenn der Wandler eingeschaltet wird. Dann wird untersucht, ob es eine ansteigende Flanke des Gate-treibenden Signals zum Einschalten des ersten Schalters 26 gibt. Wenn es ein solches Signal gibt, startet der Timer 45 durch Prüfen der Frequenz damit, zu arbeiten, wenn nicht, wartet das Verfahren auf eine neue ansteigende Flanke. Danach fährt das Verfahren fort, die Frequenz am ersten Schalter 26 zu prüfen. Wenn die Frequenz über einem bestimmten festegesetzten Niveau bleibt oder nicht unter dieses geht, wird der zweite Schalter 54 abgeschaltet, falls er vorher eingeschaltet war, und es wird wieder untersucht, ob es eine anstei gende Flanke eines Gate-treibenden Signals gibt. Ist aber die Frequenz unter dem Niveau, das in der bevorzugten Ausführungsform 20 kHz ist, wird auf diesen Effekt ein Hinweis gemacht. Dann wird der zweite Schalter 54 eingeschaltet, wenn er nicht bereits eingeschaltet war. Durch Einschalten des zweiten Schalters 54 wird der Kondensator 48 aufgeladen und die Spannung über dem Kondensator 48 wird zu der Spannung über dem Widerstand 44 zur Verwendung in dem Vergleichsschritt der Regelung des ersten Schalters 26 addiert. Danach wird die Untersuchung auf eine ansteigende Flanke des Gate-treibenden Signals wiederaufgenommen. Danach fährt das Verfahren wie beschrieben fort.
  • Wenn die Erfindung mit dem Gehen in den kontinuierlichen Leitungsmodus und dem Einschalten des ersten Schalters 26 nach der Anzeige kombiniert wird, dann wird der Schritt, den zweiten Schalter 54 einzuschalten, mit der Erzeugung eines Signals zum Einschalten des ersten Schalters 26 versehen. Wenn die Erfindung nur mit dem Versetzen des Wandler in den kontinuierlichen Leitungsmodus verwendet wird, werden die Schritte des Aus- und Einschaltens des zweiten Schalters 54 ausgelassen, und es gibt keine Addition von Spannungen in dem Vergleichsschritt in der Regelung des ersten Schalters 26, d.h. nur die Spannung über dem Abtastwiderstand 44 wird mit V50 verglichen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens können wie folgt zusammengefasst werden. Verfahren zum Ansteuern von mindestens eines ersten Schalters in einem Leistungswandler mit den Schritten des Überwachens der Schaltfrequenz des ersten Schalters und Ansteuerns des ersten Schalters, so dass die Frequenz über einem bestimmten, hörbares Geräusch erzeugenden Niveau bleibt. Vorzugsweise umfasst ein solches Verfahren den weiteren Schritt des Indizierens, wenn die Frequenz auf dieses genannte Niveau fällt. Vorzugsweise enthält der Schritt des Ansteuerns das automatische Einschalten des ersten Schalters nach der Anzeige. Vorzugsweise enthält der Schritt des Ansteuerns Begrenzung der Einschaltzeit des ersten Schalters. Vorzugsweise ist die Einschaltzeit durch direkte PWM-Steuerung begrenzt. Vorzugsweise wird die Einschaltzeit durch Begrenzen des Spitzenstroms durch den ersten Schalter begrenzt. Vorzugsweise enthält der Schritt der Ansteuerung eine Addierung einer Spannung zu der Spannung über einem Abtastwiderstand durch den der Strom durch den ersten Schalter auch fließt, und Vergleichen der addierten Spannungen mit einer Referenzspannung, um den ersten Schalter abzuschalten. Vorzugsweise wird das Addieren einer Spannung durch Aufladen eines Kondensators mit Strom aus einer Stromquelle getan. Vorzugsweise wird das Aufladen des Kondensators auf die genannte Anzeige hin gestartet.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird so hörbares Geräusch von dem Wandler reduziert. Die vorliegende Erfindung arbeitet normal, wenn außergewöhnliche Umstände wie Überlast, Kurzschluss, Hochstarten oder Abschalten des Wandlers vorliegen. Ein einfacher, preiswerter und effektiver Weg, hörbares Geräusch in einem Leistungswandler zu reduzieren, wurde auf diese Art erklärt. Es ist festzustellen, dass die oben erwähnten Ausführungsformen die Erfindung mehr erläutern als begrenzen, und dass Fachleute fähig sein werden, viele alternative Ausführungsformen zu entwerfen, ohne von dem Rahmen der anhängenden Ansprüche abzuweichen. In den Ansprüchen sollen jegliche Bezugszeichen, die in Klammern gesetzt sind, nicht aufgefasst werden, als begrenzten sie die Ansprüche. Das Wort „umfassen" schließt nicht die Anwesenheit von anderen Elementen oder Schritten als die in einem Anspruch aufgelisteten aus. Das Wort „ein" oder „eine" vor einem Element schließt nicht die Anwesenheit einer Vielzahl solcher Elemente aus. Die Erfindung kann mittels Hardware mit mehreren verschiedenen Elementen und mittels eines passend programmierten Prozessors implementiert werden. In dem Anordnungsanspruch, der mehrere Mittel aufzählt, können mehrere dieser Mittel durch ein und dasselbe Stück Hardware ausgeführt sein. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in zueinander unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen aufgeführt werden, deutet nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht zum Vorteil verwendet werden kann.

Claims (10)

  1. Ansteueranordnung (28; 28') zum Schalten eines Leistungswandlers (10) zum Reduzieren von hörbarem Geräusch, wobei der Leistungswandler mindestens einen Schalter (26) zum Regeln einer Leistungswandlung umfasst, wobei die Ansteueranordnung Folgendes umfasst: Mittel (45) zum Überwachen einer Schaltfrequenz des Schalters (26), um anzuzeigen, wenn die Schaltfrequenz auf ein bestimmtes Niveau abgefallen ist, und Mittel (32) zum Regeln des Schaltens des Schalters (26) in Abhängigkeit von den Überwachungsmitteln (45), so dass die Frequenz über das genannte Niveau ansteigt, um die Erzeugung von hörbarem Geräusch zu reduzieren.
  2. Ansteueranordnung nach Anspruch 1, in der die Regelungsmittel (32) angeordnet sind, den Schalter (26) direkt einzuschalten, wenn sie eine Anzeige von den Überwachungsmitteln (45) erhalten.
  3. Ansteueranordnung nach Anspruch 1, in der die Regelungsmittel (32) angeordnet sind, die Einschaltdauer des Schalters (26) zu begrenzen, wenn sie eine Anzeige von den Überwachungsmitteln (45) erhalten.
  4. Ansteueranordnung nach Anspruch 3, in der die Regelungsmittel (32) angeordnet sind, die Einschaltdauer durch direkte PWM-Ansteuerung zu begrenzen.
  5. Ansteueranordnung nach Anspruch 3, in der die Regelungsmittel (32) angeordnet sind, die Einschaltdauer durch Begrenzen eines durch den Schalter (26) fließenden Spitzenstroms zu begrenzen.
  6. Ansteueranordnung nach Anspruch 5, die weiterhin einen zweiten Schalter (54) umfasst sowie Mittel (52) zum Vergleichen einer einem durch den Schalter (26) fließenden Strom entsprechenden Spannung mit einer Referenzspannung, um den Schalter (26) ein- und auszuschalten, wobei die Regelungsmittel (32) angeordnet sind, den zweiten Schalter (54) einzuschalten, wenn die Anzeige von den Überwachungsmitteln (45) empfangen wurde, um eine Spannung zu der Spannung, die einem durch den Schalter (26) fließenden Strom entspricht, zu addieren, um den durch den Schalter (26) fließenden Spitzenstrom zu begrenzen.
  7. Ansteueranordnung nach Anspruch 6, die weiterhin eine an dem zweiten Schalter (54) angeschlossene Stromquelle (56) umfasst, wobei der zweite Schalter an einen Kondensator (48) angeschlossen werden kann, der Kondensator an die Vergleichsmittel (52) angeschlossen werden kann und an die Source des Schalters (26) angeschlossen ist, an diese Source ein Abtastwiderstand zum Abtasten des Stroms durch den Schalter (26) angeschlossen ist, wobei sich die addierten Spannungen aus der Spannung über dem Kondensator (48) und der Spannung über dem Abtastwiderstand (44) zusammensetzen.
  8. Ansteueranordnung nach Anspruch 6, in der die Regelungsmittel (32) angeordnet sind, den zweiten Schalter (54) abzuschalten, wenn die Überwachungsmittel (45) beim nächsten Mal, bei dem der Schalter (26) eingeschaltet worden ist, keine Anzeige erzeugt haben.
  9. Schaltleistungswandler, der Folgendes umfasst: Leistungswandlermittel (14), mindestens einen Schalter (26) zum Ansteuern der Leistungswandlermittel (14), Mittel (45) zum Überwachen einer Schaltfrequenz des Schalters (26), um anzuzeigen, wenn die Schaltfrequenz auf ein bestimmtes Niveau abgefallen ist, und Mittel (32) zum Regeln eines Schaltens des Schalters (26) in Abhängigkeit von den Überwachungsmitteln (45), so dass die Frequenz über das genannte Niveau ansteigt, um die Erzeugung von hörbarem Geräusch in dem Wandler zu reduzieren.
  10. Verfahren zum Ansteuern mindestens eines Schalters (26) in einem Leistungswandler, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Überwachen (45) einer Schaltfrequenz des Schalters (26); und Ansteuern (32) des Schalters (26), so dass die Schaltfrequenz über einem bestimmten, hörbares Geräusch erzeugenden, Niveau bleibt.
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