EP1368887A2

EP1368887A2 - Schaltwandler und verfahren zur ansteuerung eines schalters in einem schaltwandler

Info

Publication number: EP1368887A2
Application number: EP02704738A
Authority: EP
Inventors: Alfred Hesener
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-12-10
Also published as: WO2002075683A3; WO2002075683A2; US7339358B2; WO2002075683A8; DE10112539A1; US20060203527A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltwandler, der einen Schalter (T1; T2) mit einem Steueranschluss (G) und einem ersten und zweiten Lastanschluss (D, S), eine an den Schalter (T1; T2) angeschlossene Gleichrichteranordnung (GL1; GL2) mit Ausgangsklemmen (AK1, AK2), an denen eine Ausgangsspannung (Uout) für eine Last (RL) zur Verfügung steht, eine Regleranordnung (RA1, RA2), die ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Regelsignal (RS; DRS) bereitstellt, und eine Ansteuerschaltung (AS1; AS2), die Ansteuerimpulse bereitstellt, nach deren Massgabe der Schalter (T1; T2) leitet oder sperrt, aufweist. Erfindungsgemäss erzeugt die Ansteuerschaltung (AS1; AS2) in Übereinstimmung mit einem erfindungsgemässen Verfahren gleiche Ansteuerimpulse erzeugt, deren Häufigkeit von dem Regelsignal (RS; DRS) abhängig ist.

Description

Beschreibung

Schaltwandler und Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltwandler und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler .

Schaltwandler weisen allgemein einen Schalter und eine an den Schalter angeschlossene Gleichrichteranordnung auf, wobei die Gleichrichteranordnung Ausgangsklemmen zur Bereitstellung einer AusgangsSpannung aufweist. Der allgemeine Aufbau unterschiedlicher Schaltwandler ist beispielsweise in Tietze, Schenk: "Halbleiterschaltungstechnik", 9. Auflage, Springer Verlag, Berlin, 1991, Seiten 561-576 oder Stengl, Tihanyi : "Leistungs-MOS-FET-Praxis" , 2. Auflage, Pflaum Verlag, 2. Auflage, 1992, Seiten 173-176 beschrieben. Den verschiedenen Wandlerkonzepten ist gemeinsam, dass die Gleichrichteranord- nung über den Schalter an eine VersorgungsSpannung angeschlossen ist, wobei es Aufgabe des Schaltwandlers ist, eine wenigstens annäherungsweise lastunabhängige AusgangsSpannung zur Verfügung zu stellen. Die AusgangsSpannung, bzw. die Leistungsaufnahme und die Leistungsabgabe sind durch ein ge- taktetes Öffnen und Schließen des Schalters regelbar.

Bei festgetakteten Schaltwandlern wird der Schalter in festen Zeitabständen geschlossen, die Dauer, während der der Schalter nach dem Schließen geschlossen bleibt, ist dabei von der Leistungsaufnahme der Last bzw. von der AusgangsSpannung abhängig. Bei steigender Leistungsaufnahme sinkt die Ausgangsspannung zunächst ab, wobei die Dauer der Ansteuerimpulse vergrößert wird, um mehr Leistung aufzunehmen und an die Last abzugeben und so einem weiteren Absinken der AusgangsSpannung entgegenzuwirken. Bei kleinen Lasten bleibt der Schalter nur für sehr kurze Zeit geschlossen, wobei die Schaltverluste ü- berproportional ansteigen. Es sind daher aufwendige Zusatz- rt > fD CL < t. ω £. tsi V ω W $. 03 ?r P-. CL ω tr CL o LQ co tj co co 3 σ Φ CL ω CL 03

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zu einem der periodisch wiederkehrenden Vergleichszeitpunkte das Referenzsignal so erzeugt die Ansteuerschaltung einen An- steuerimpuls, wodurch der Schaltwandler Energie über die Versorgungsspannung aufnimmt und an die Last abgibt . Die pro Einschaltvorgang aufgenommene Energie ist bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil jeweils gleich und von der Dauer des Einschaltvorgangs und der Versorgungsspannung abhängig. Eine Energieaufnahme über die Versorgungsspannung findet bei dem erfindungsgemäßen Schaltwandler nur in diskreten Energiemen- gen statt. Die maximal aufnehmbare Leistung ist dabei von dem minimalen Zeitabstand zweier AnSteuerimpulse bzw. von der Periodendauer des Taktsignals, nach dessen Maßgabe ein Vergleich zwischen dem Referenzsignal und dem Regelsignal erfolgt, abhängig.

Zur Bildung des Regelsignals aus der AusgangsSpannung oder aus einem zu der AusgangsSpannung proportionalen Signal weist der Schaltwandler eine Regleranordnung auf, die vorzugsweise einen Proportional-Integral-Regler aufweist. Die Regleranord- nung bildet das Regelsignal vorzugsweise aus einem Differenzsignal aus der AusgangsSpannung, bzw. einem zu der Ausgangsspannung proportionalen Signal, und einem Referenzsignal, wobei das Differenzsignal mit sinkender AusgangsSpannung zunimmt. Die Regleranordnung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Regelsignal einen Signalanteil aufweist, der durch Integration des Differenzsignals gebildet ist. Die Ausgangsspannung unterliegt aufgrund der Energieaufnahme des Schaltwandlers in diskreten gleich großen Energiepaketen Schwankungen, die durch die Integration des Differenzsignals ausgegli- chen werden, um eine Rückkopplung dieser Schwankungen in dem Regelkreis zu verhindern.

Die Ansteuerung des Schalters nach dem erfindungsgemäßen Konzept ist nicht auf spezielle Arten von Schaltwandlern be- schränkt. Eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des Schalters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist mit Vergleichs- weise niedrigem Schaltungsaufwand realisierbar und daher vorteilhaft bei einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- spielen anhand von Figuren näher erläutert . In den Figuren zeigt

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltwandlers mit einem Schalter, einer an den Schalter angeschlossenen Gleichrichteranordnung, einer Regleranordnung und einer Ansteuerschaltung,

Figur 2 zeitliche Verläufe ausgewählter Signale in dem Schaltwandler gemäß Figur 1,

Figur 3 Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung,

Figur 4 zeitliche Verläufe ausgewählter Signale bei einer Ansteuerschaltung gemäß Figur 3,

Figur 5 Ausführungsbeispiel einer Regleranordnung,

Figur 6 weiteres Ausführungsbeispiel einer Regleranordnung, die ein Noise-Shaping-Filter aufweist,

Figur 7 weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltwandlers.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente und Signale mit gleicher Bedeutung.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemäßen Schaltwandlers, der eine annäherungsweise lastunabhängige AusgangsSpannung Uout aus einer Eingangsspannung Uin zur Verfügung stellt. Der Schaltwandler weist einen als Leistungstransistor ausgebildeten Schalter Tl auf, der in Reihe zu einer Primärspule Ll eines Transformators TR an eine EingangsSpannung Uin zwischen einer Klemme für Versorgungspotential und einer Klemme für Bezugspotential M angeschlossen ist. Die Primärspule Ll ist induktiv mit einer Sekundärspule L2 gekoppelt, wobei der Sekundärspule L2 ein Gleichrichter, der in dem Ausführungsbeispiel aus einer Reihenschaltung einer Diode Dl und einem Kondensator Cl besteht, nachgeschaltet ist. Eine AusgangsSpannung Uout ist an Ausgangsklemmen AKl, AK2 an dem Kondensator Cl abgreifbar. An die Ausgangsklemmen AKl, AK2 ist eine Last RL anschließbar, die in dem Ausführungsbeispiel als ohmscher Widerstand dargestellt ist. Die Anordnung mit dem Transformator TR, und dem Gleichrichter, bildet allgemein eine Gleichrichteranordnung GLl, die in Rei- he zu dem Leistungstransistor Tl an die VersorgungsSpannung Uin angeschlossen ist.

Die Primärspule Ll nimmt bei leitendem Leistungstransistor Tl Energie auf und gibt diese anschließend bei sperrendem Leis- tungstransistor Tl über die Sekundärspule L2 und den Gleichrichter Dl, Cl an die Last RL ab.

Zur Ansteuerung des Leistungstransistors Tl ist eine Ansteuerschaltung ASl vorgesehen, die Ansteuerimpulse AI nach Maß- gäbe eines Regelsignals RS erzeugt. Der Leistungstransistor Tl leitet nach Maßgabe der Ansteuerimpulse AI, wobei diese Ansteuerimpulse in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dem Gate-Anschluss G des Leistungstransistors Tl direkt zugeführt sind.

Das Regelsignal RS wird von einer Regleranordnung RAl abhängig von der AusgangsSpannung Uout erzeugt . Der Regleranordnung RAl wird hierzu ein Ausgangsspannungssignal US zugeführt. Zur Bereitstellung dieses Ausgangsspannungssignals US ist ein Optokoppler OK mit einer Leuchtdiode und einem Photowiderstand PT vorgesehen, wobei die Leuchtdiode LED in Reihe zu einem Widerstand Rl zwischen die Ausgangsklemmen AKl, AK2 der Gleichrichteranordnung GLl geschaltet ist. Die Kollektor- Emitter-Strecke des Phototransistors in Reihe zu einem Widerstand R2 zwischen ein Versorgungspotential V2 und Bezugspotential M geschaltet. Das zu der AusgangsSpannung Uout pro- portionale Ausgangsspannungssignal US stellt eine Spannung gegen Bezugspotential M dar, die an dem Kollektor des Fototransistors PT abgreifbar ist.

Die Regleranordnung RAl ist derart ausgebildet, dass sie ein Regelsignal RS zur Verfügung stellt, welches mit sinkender

AusgangsSpannung Uout ansteigt. Der Aufbau einer solchen Regleranordnung RAl wird anhand der Figuren 5 und 6 noch erläutert werden.

Die Ansteuerschaltung ASl zur Erzeugung der Ansteuerimpulse AI abhängig von dem Regelsignal RS weist eine getaktete Vergleicheranordnung Kl auf, deren einem Eingang das Regel- signal RS und deren anderem Eingang eine Referenzspannung Vref zugeführt ist. Die Funktionsweise einer solchen getakte- ten Vergleicheranordnung Kl wird nachfolgend anhand von Figur

2 erläutert.

Figur 2 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf des Regelsignals RS, welches in dem Beispiel um das konstante Refe- renzspannungssignal Vref schwankt. Figur 2 zeigt des Weiteren den zeitlichen Verlauf eines Taktsignals CLK sowie den zeitlichen Verlauf eines Ansteuerimpulse AI aufweisenden Ansteuersignais für den Leistungstransistor Tl.

Die Vergleicheranordnung Kl vergleicht in periodischen Zeit- abständen, welche in dem Beispiel durch steigende Flanken des Taktsignals CLK vorgegeben sind, das Regelsignal RS mit dem Referenzspannungssignal Vref. Ist das Regelsignal RS dabei größer als das Referenzspannungssignal Vref, wie dies zwi- sehen den Zeitpunkten tO und tl und den Zeitpunkten t2 und t3 der Fall ist, so erzeugt die Vergleicheranordnung mit jeder steigenden Flanke eines Taktimpulses, bei welchem das Regel- signal RS größer als das Referenzsignal Vref ist, einen An- steuerimpuls, wobei die Dauer der Ansteuerimpulse AI in dem Ausführungsbeispiel der Dauer der Taktimpulse des Taktsignals CLK entspricht. Ist das Regelsignal RS kleiner als das Refe- renzsignal Vref, so werden keine Ansteuerimpulse erzeugt, wie innerhalb eines Zeitraumes zwischen den Zeitpunkten tl und t2 dargestellt ist.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer schaltungstechni- sehen Realisierung einer getakteten Vergleicheranordnung Kl gemäß Figur 1. Hierbei ist ein Komparator Kl vorgesehen, dessen Plus-Eingang das Regelsignal und dessen Minus-Eingang das Referenzsignal Vref zugeführt ist. Ein Ausgangssignal des Komparators K ist einem Set-Eingang S eines RS-Flip-Flops FF zugeführt, das durch das Taktsignal CLK getaktet angesteuert ist. Hierzu ist das Taktsignal CLK einem Takteingang des RS- Flip-Flops FF zugeführt. Das RS-Flip-Flop ist dabei derart ausgebildet, dass es jeweils mit einer steigenden Flanke des Taktsignals CLK das an seinem Set-Eingang S anliegende Signal übernimmt. Weist das Ausgangssignal des Komparators K einen oberen Pegel auf, weil das Regelsignal RS größer als das Referenzsignal Vref ist, so wird mit einer steigenden Flanke des Taktsignals CLK das Flip-Flop FF gesetzt und am Ausgang Q des Flip-Flops steht ein Signal mit einem oberen Ansteuerpe- gel zur Verfügung. Einem Rücksetz-Eingang R des Flip-Flops FF ist ein mittels eines Verzögerungsglieds D verzögertes Taktsignal zugeführt, wobei das Flip-Flop FF nach Ablauf einer durch das Verzögerungsglied D vorgegebenen Verzögerungszeit nach einer steigenden Flanke des Taktsignals CLK zurückge- setzt wird. Das Verzögerungsglied D bestimmt dabei die Dauer eines erzeugten AnSteuerimpulses, wobei mit einer Ansteuerschaltung gemäß Figur 3 Ansteuerimpulse erzeugbar sind, die - anders als in Figur 2 dargestellt -, kürzer oder länger als halbe Periodendauern des Taktsignals CLK sein können.

Dem Flip-Flop FF ist in dem Ausführungsbeispiel ein Impulsformer IF nachgeschaltet, der aus den am Ausgang des Flip-

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Φ rt LQ Φ H- Hi h-¹ t CL 3 Hj co Hj tr Hj N rt to C Φ 3 rt 3 C 3 H- Hj tr LQ 03

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PJ fo h-¹ y-¹ CL Φ tr 3 J H- - CL co X 3 H- 3 H- J 3 Φ CQ H- tr 3 3 H- 3 H- r-¹ rt Hj y-¹ Φ Φ Φ rt PJ α Hj 3 3 LQ LQ CL ω LQ O 3 J y- tr 3 Φ 03 CL 3 PJ Ω

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Φ y— CO Ω C rt CL 3 Φ 3 3 X Φ tr CD C Φ ¹- H- φ 03 3 C 03 C Φ LQ c Ω H-

3 Φ tr H 3 Φ Φ y- Hj LQ LQ O H- d Φ < 3 3 LQ 03 Hj > rt r-¹ CD 3 CL LQ tr Φ

Hj J Φ PJ CL Hj 3 φ N 03 TJ 3 3 H- Φ LQ 3 TJ rt 3 O Tl ω CL LQ O Φ rt co c Hj X h-¹ ≤ H- Φ 03 TJ CL 03 Hj 03 > PJ H- CD Hj φ r-¹- PJ < TJ ω Φ N tr 03 J rt LQ CO Φ 3 H- H- Φ < TJ CD 03 C 1— ' Φ rt 03 PJ Φ 3 Φ rt H-¹ ζ

0 φ £ 3 03 Φ l-> 0 N H- 3 LQ O CL H- rt H- 03 ω h-¹ Φ Φ 3 > CQ LQ Hj H- t-3 CL 3 H- tr 03 Φ 0 H- CQ >• 3 c rt to Φ 3 rt 3 Φ Φ PJ= LQ LQ Hj C Φ X φ ω y— 3 Hj H- 03

Φ H- Hj Hj LQ Ω CL Φ φ PJ Φ 03 Hj 3 J to Φ CL Φ 3 Φ 3 03 PJ= H- PJ Φ Ω

H- rt rt CL 3 tr CO φ CL 3 H- O ω Φ 03 X PJ 3 ω H- Φ Hj rt 3 3 H- t: Φ 3 B^* tr

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CL rt rt C M 0 co Hj CO Φ tr co 3 3 J Hj 03 03 J φ • 3 rt rt tr 3 Φ rt H- Φ 03 3 φ 3 03 S^* PJ Ω J J H- Φ ra 03 c Hj LQ Φ ö J PJ 03 H- rt

Hj Φ LQ P CQ φ rt to tr N c LQ 3 s o < TJ CD tr H- h-¹ Hj y-^> Φ ω rt CQ Φ φ

H- tr Φ Hj 0 Φ PJ c rt Hi 3 H- JÖ Ό Hj PJ t CL Φ Φ PJ rt ω H- H- 0 TJ C H- h_ 3 H- φ 3 CL Hj H- H-¹ C J > 3 Φ < Φ 3 CL Φ Φ 3 3 Φ 3 3 Hj H- Φ 3

Hj 3 Hj - Φ tr rt φ 3 CL h-¹ C- c Hl Hi 3 Φ LQ co CL tr LQ 3_ φ C 03 φ Hj Φ

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TJ Hi CL H- ≤ to 3 Hj 3 CO 3 N LQ 1 Hj C • 3 Φ H H- PJ c Φ CQ 3

0 0 Φ 3 0 3 O Φ J C PJ w Φ Hi LQ N Hj Hj Φ 3 3 Hj rt J Tl 3 $. TJ C

Hj TJ Hj 03 tr J LQ Ω CO 3 3 2 LQ 3 H- 3 ö 03 c PJ PJ y-¹ φ Φ 3 H- rt Φ c 3 rt 0 rt Φ Ω φ tr to O H- Φ LQ 3 N H- CO 3 3 Φ M Hj Ω C LQ 03 H- y- rt

H- Hj > H- H- tr 03 PJ t Hj 3 Hl LQ 03 CL Φ H- CL O 03 X H- tr 3 C rt 03 co Φ

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PJ 0 rt rt H- PJ J C- H CL c 1 Hj CD LQ 3 O φ PJ 3 rt O CQ Ω CL LQ >J> Φ H- > 3 y- 3 φ - Φ LΛ> 3 » φ 3 rt Φ LQ > c: O 3 C rt X Φ PJ 3 3 M

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1 Φ Hj 03 tr rt 0 PJ φ ω Hj a CO 1 1 1 Φ P CL CO 1 φ 1 1 1 3 Hj

teil aus der Rückkopplung des Ausgangssignals über den zweiten Schalter S2 und der Integralanteil aus der Rückkopplung des Ausgangssignals über die Anordnung aus dem ersten Schalter SI und der Kapazität C2 erfolgt. Die getaktete Ansteue- rung des ersten und zweiten Schalters SI, S2 bewirkt, dass das Ausgangsspannungssignal US nur für jeweils durch das Taktsignal CLK vorgegebene Zeitdauern für die Bildung des Regelsignals RS ausgewertet wird.

Eine weitere in Figur 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Regleranordnung vor, bei welcher das Ausgangsspannungssignal US mittels eines Operationsverstärkers OPV mit einem Referenzsignal Vref2 verglichen wird, wobei am Ausgang des Operationsverstärkers ein Differenzsignal DS aus dem Ausgangsspannungssignal US und dem Referenzsignal Vref2 anliegt, wobei dieses Differenzsignal mit sinkender Ausgangsspannung ansteigt. Diesem Operationsverstärker ist gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung ein hinlänglich bekanntes Noise-Shaping-Filter nachgeschaltet, um Schwankungen des Differenzsignals DS, die aus Schwankungen der Ausgangsspannung resultieren, zu glätten, um so eine Rückkopplung der Schwankungen in dem Regelkreis zu verhindern. Schwankungen des Ausgangssignals resultieren bei dem erfindungsgemäßen Schaltwandler insbesondere daraus, dass der Schaltwandler E- nergie nur in diskreten durch Form und Dauer der Ansteuerimpulse vorgegebenen Energiemengen aufnimmt. Die Verwendung eines Noise-Shaping-Filters stellt eine wirkungsvolle und einfach zu realisierende Maßnahme dar, die Schwankungen des Differenzsignal DS zu glätten.

Das dargestellte Noise-Shaping-Filter weist zwei hintereinander geschaltete Integrierer INI, IN2 auf, wobei dem ersten Integrierer INI das Differenzsignal DS und dem zweiten Integrierer IN2 das Ausgangssignal des ersten Integrierers INI zugeführt ist. Ein Addierer ADD addiert das Differenzsignal DS und die Ausgangssignale der beiden Integrierer und stellt das Regelsignal RS zur Verfügung. ω L to to r-¹

LΠ O LΠ o LΠ o LΠ

t* 3 rt < 3 rt Cd Tl Hi ü > Φ 3 Hj 3 03 φ tr¹ X H- O φ M co < N t, α I— ^■ e Od

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Φ 3 3 Hj 3 3 Ω 3 LQ CQ c CD Hh y- H- X H- Hj H- 3 TJ « 3 Φ φ y— Hj Hj Ω CL H-

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3 H- O PJ 1 CD Hj Hj Φ H-¹ tr 3 H- Φ H- rt Φ r-¹ LQ σ Φ φ tr 3 Φ CL CL φ C PJ Hj h-¹ Φ LQ < C LQ Φ rt PJ LQ Ω C 3 CQ α PJ Hj Hj < 3 Φ CL H- H- Φ

3 0 h-¹ LQ CO H- O Φ O. O CL Φ rt H- - Φ 0J: tr 3 φ PJ 3 H- H- Φ Φ co c 3

H- S φ 3 c C 3 3 3 Hj Φ Hj 3 Φ tr Φ LQ ω N LQ 3 Hj 3 Hj

CL rt £ 3 tr¹ Φ < PJ= N LQ Hj H- Φ LQ £ > h-¹ 3 03 C 3 rt Φ TJ LQ CL Ω 3 ω Tl Φ φ 3 LQ φ Hj Φ Ϊ > Φ Φ 3 Hj φ Φ tr¹ 3 rt PJ 3 H- H Φ 3 c y- CL P- tr PJ rt 0 Hj

03 H- CL 03 H- Hj φ H- LQ > TJ Hh CD 3 Φ £ » C rt PJ H- h-¹ H- PJ φ y-> PJ Hj Hh

03 CQ 03 CO rt 3 LQ φ 3 c H- Ω 3 μ- Φ > Hl PJ ?r r-¹ H- CQ Ω 03 φ 3 3 H- π rt CO TJ rt TJ Φ rt σ CQ y-¹ 3 tr 03 3 CL 3 3 c φ rt H- CQ Φ tr TJ H- CL 3

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3 PJ N 3 3 Ω Φ 3 Φ f- i— • Φ f- 0 03 Φ tr 3 H- Φ 3 Φ Hj φ N φ C

CL 3 c 3 LQ Φ PJ tr H- C φ 3 rr Hj 3 3 03 Hj 3 CL Φ LQ 03 CL Φ LQ H- TJ H- $. Hj 3

Φ LQ C 03 C PJ 3 Φ Hj LQ φ LQ LQ φ Φ H- Hj 3 H- 3 £ Φ 0 φ rt H- LQ

3 > 01 3 rt tr¹ CQ 1— ' Hj N CD rt H CO CL Hj Φ J < Φ rt H- y— CL Hj CQ > ω

03 C TJ LQ Hj t LQ rt £ H- Φ LQ Hj J H- W- CQ tr O 3 H- CQ Hj D H- H- H- Ω 3 LQ

PJ O O PJ Φ S^* Φ 3 c φ PJ C 3 Φ Φ N Φ 0= Φ N TJ CL H- 03 0 Ω tr co Φ rt LQ rt α 3 C tr PJ H- TJ LQ 3 H- 3 H H- ≤ LQ o φ Hj LQ Ω CL tr Φ rt 3

0 PJ Φ H- CD 3 H- 3 rt c rt Qj: Hj CQ 3 φ CO rt ≤ t-¹ tr¹ h H- H- 3 tr Φ φ 3 φ P>^:

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H- tr H- Hj Ω o H- CQ H- tr tr 03 Φ 3 Hj 3 CO co φ Φ rt Φ N N TJ ω H- 3 φ CL

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Φ P- Φ TJ F- Pd

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Hj

wählt sind, dass der zweite Transistor T3 immer sperrt, wenn der erste Transistor T2 leitet, und umgekehrt.

Bezugszeichenliste

RAl Regleranordnung

RS Regelsignal

ASl AnsteuerSchaltung

CLK Taktsignal

Kl getaktete Vergleicheranordnung

Vref Referenzspannungssignal

AI Ansteuerimpulse

Uin EingangsSpannung

M Bezugspotenzial

Tl, T2, T3 Transistoren

Ll Primärspule

L2 Sekundärspule

TR Transformator

GLl Gleichrichteranordnung

Dl Diode

Cl Kondensator

AKl_. AK2 Ausgangsklemmen

RL Last

Uout AusgangsSpannung

Rl, R2 Widerstände

V2 Versorgungspotenzial

PT Fototransistor

LED Leuchtdiode

OK Optokoppler

K Komparator

FF Flip-Flop

IF Impulsformer

D Verzögerungsglied

Qout Ausgangssignal des Flip-Flop

SI, S2 Schalter

C2 Kondensator

OPV Operationsverstärker

Vref Referenzspannung

10 Abtasteinheit

12 Subtrahiereinheit 14 Summierer

RA2 Regleranordnung

AS2 Ansteuerschaltung

18 Impulsformer

16 Vergleicheranordnung

PW1, PW2 Pegelwandler

L3 Spule

C3 Kondensator

GL2 Gleichrichteranordnung

Claims

Patentansprüche

1. Schaltwandler, der folgende Merkmale aufweist:

- einen Schalter (Tl; T2) mit einem Steueranschluss (G) und einem ersten und zweiten Lastanschluss (D, S) ,

- eine an den Schalter (Tl; T2) angeschlossene Gleichrichteranordnung (GLl; GL2) mit Ausgangsklemmen (AKl, AK2) , an denen eine AusgangsSpannung (Uout) für eine Last (RL) zur Verfügung steht ,

- eine Regleranordnung (RAl, RA2), die ein von der Ausgangsspannung (Uout) abhängiges Regelsignal (RS; DRS) bereit- stellt,

- eine Ansteuerschaltung (ASl; AS2) , die Ansteuerimpulse bereitstellt, nach deren Maßgabe der Schalter (Tl; T2) leitet oder sperrt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

die Ansteuerschaltung (ASl; AS2) gleiche Ansteuerimpulse erzeugt, deren Häufigkeit von dem Regelsignal (RS; DRS) abhän- gig ist.

2. Schaltwandler nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerschaltung (ASl; AS2) Ansteuerimpulse (AI) von gleicher Dauer und gleichem zeitlichen Abstand abhängig davon erzeugt, ob das Regelsignal (RS) größer oder kleiner als ein Referenzsignal (Vref; REF2) ist.

3. Schaltwandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Regleranordnung einen Proportional -Regler, einen Proportional - Integral -Regler oder einen Integral -Regler aufweist.

4. Schaltwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuerschaltung (ASl) eine getaktete Vergleicheranordnung (Kl) aufweist, der das Regelsignal (RS) , das erste Referenzsignal (Vref) und ein Taktsignal (CLK) zugeführt sind.

5. Schaltwandler nach Anspruch 4, bei der die getaktete Vergleicheranordnung im Takt des Taktsignals (CLK) Ansteuerimpulse (AI) einer vorgegebenen Zeitdauer erzeugt, wenn das Regelsignal (RS) größer als das erste Referenzsignal (Vref) ist .

6. Schaltwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Regleranordnung (RA2) eine digitale Regleranordnung ist, die ein zeitdiskretes Regelsignal (DRS) zur Verfügung stellt.

7. Schaltwandler nach Anspruch 6, bei dem die Ansteuerschaltung (AS2) eine digitale Vergleicheranordnung (16) und ein der digitalen Vergleicheranordnung (16) nachgeschaltetes Impulsformungsfilter (18) aufweist, wobei an einem Ausgang des Impulsformungsfilters (18) die Ansteuerimpulse (AI) zur Verfügung stehen.

8. Schaltwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Regleranordnng ein Noise-Shaping-Filter (NSF) aufweist, dem ein von der AusgangsSpannung abhängiges Signal zugeführt ist .

9. Schaltwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Ansteuerimpulse (AI) einem Eingang eines Pegelwandlers zugeführt sind, an dessen Ausgang der Steueranschluss (G) des Schalters (Tl; T2) angeschlossen ist.

10. Schaltwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Gleichrichteranordnung (GLl; GL2) eine in Reihe zu dem Schalter (Tl; T2) geschaltete Spule aufweist.

11. Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters (Tl; T2) der an eine Gleichrichteranordnung (GLl; GL2) , an der eine Ausgangs- Spannung (Uout) zur Verfügung steht, in einem Schaltwandler angeschlossen ist, wobei das Verfahren folgende Merkmale aufweist :

- Erzeugen eines von der AusgangsSpannung (Uout) abhängigen Regelsignals (RS) ,

- Erzeugen eines Ansteuersignais mit einer Folge von jeweils gleichen AnSteuerimpulsen (AI) , wobei die Häufigkeit der AnSteuerimpulse (AI) von dem Regelsignal abhängig ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Regelsignal (RS) einen Signalanteil aufweist, der durch Integration eines Differenzsignals aus einem zu der AusgangsSpannung (Uout) proportionalen Signals (US) und eines Referenzsignals (Vref2 ; REF) gebildet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Regelsignal (RS; DRS) einen Signalanteil aufweist, der proportional zu der AusgangsSpannung (Uout) ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Ansteuerimpulse im Takt eines Taktsignals (CLK) abhängig davon, ob das Regelsignal (RS) größer oder kleiner als ein Referenzwert ist, gebildet werden.