DE102012204060A1

DE102012204060A1 - Controller für leistungswandler

Info

Publication number: DE102012204060A1
Application number: DE102012204060A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Lipcsei; Alin Gherghescu; Catalin Popovici
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: O2Micro Inc
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-01-17
Also published as: TWI487259B; KR101301850B1; US8737099B2; CN102882376B; JP2013027301A; CN102882376A; IN2012DE00791A; TW201304374A; US20130016530A1; KR20130009604A

Abstract

Bei einem Controller für einen Leistungswandler kann ein Steueranschluss ein Steuersignal zur Steuerung eines Leistungswandlers bereitstellen. Ein Zyklus des Steuersignals umfasst ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall. Die Steuerschaltung kann einen durch eine Primärwicklung der Transformatorschaltung fließenden Primärstrom und einen durch eine Sekundärwicklung der Transformatorschaltung fließenden Sekundärstrom in dem ersten Zeitintervall vergrößern und kann die Vergrößerung des Primärstroms in dem zweiten Zeitintervall beenden. Die Steuerschaltung kann auch das erste Zeitintervall derart steuern, dass dieses umgekehrt proportional zu einer an die Primärwicklung gelieferten Eingangsspannung ist.

Description

HINTERGRUND
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines üblichen DC/DC-Wandlers 100. Der DC/DC-Wandler 100 umfasst einen Transformator 102 und einen Schalter SW0, der mit der Primärwicklung des Transformators 102 in Reihe geschaltet ist. Ein Steuersignal 106 steuert den Schalter SW0, um die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 100 zu steuern. Beispielsweise kann das Steuersignal 106 den Schalter SW0 aktivieren, um die Primärwicklung des Transformators 102 mit einer Stromquelle (z. B. der Gleichspannung V_DC) zu verbinden, so dass ein Primärstrom I_P durch die Primärwicklung des Transformators 102 fließt. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung des Transformators 102 und durch den Induktor L zu dem Ausgangsanschluss des DC/DC-Wandlers 100. Währenddessen speichert der Induktor L Magnetenergie. Das Steuersignal 106 kann den Schalter SW0 auch deaktivieren, um die Primärwicklung von der Stromquelle zu trennen, so dass der Primärwicklungsstrom I_P unterbrochen wird. Währenddessen gibt der Induktor L Energie an den Ausgangsanschluss des DC/DC-Wandlers 100 ab, indem er die Magnetenergie in elektrische Energie umwandelt. Das Steuersignal 106 kann Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 100 vergrößern, indem es die Einschaltdauer des Schalter SW0 verlängert, oder die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 100 verkleinern, indem es die Einschaltdauer des Schalters SW0 verkürzt.
Liegt der Primärstrom I_P innerhalb eines spezifizierten Bereichs, z. B. |I_P| < I_SPEC, kann die Magnetflussdichte 104 des Transformators 102 linear proportional zu dem Primärstrom I_P sein. Daher kann ein Betrag von Energie, die von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung übertragen wird, durch den Primärstrom I_P gesteuert werden. Aufgrund der Eigenschaften von Transformatoren bleibt die Magnetflussdichte 104 des Transformators 102 jedoch im Wesentlichen unverändert, wenn der Primärstrom I_P einen Nichtsättigungsbereich, z. B. |I_P| > I_SATU, überschreitet. Die Schwelle I_SATU des Nichtsättigungsbereichs ist größer als die Schwelle I_SPEC des vorstehend genannten spezifizierten Bereichs. Aus diesem Grund ist der Primärstrom I_P möglicherweise nicht in der Lage, die Leistungsübertragung des Transformators 102 zu steuern, wenn der Primärstrom I_P den Nichtsättigungsbereich überschreitet.
Bei dem DC/DC-Wandler 100 aktiviert das Steuersignal 106 den Schalter SW0 mit einer konstanten Frequenz. Einerseits kann das Steuersignal 106, wenn der DC/DC-Wandler 100 eine hohe Last mit Energie versorgt, die Einschaltdauer des Schalters SW0 derart verlängern, dass der DC/DC-Wandler 100 ausreichend Energie für die hohe Last bereitstellt. Der hier verwendete Begriff ”hohe Last” bedeutet eine Last, die verglichen mit einer ”niedrigen Last” relativ viel Energie verbraucht. Von Nachteil ist, dass der Primärstrom I_P, wenn die Einschaltdauer des Schalters SW0 größer als eine Einschaltdauerschwelle ist, den Nichtsättigungsbereich des Transformators 102 überschreitet und der Transformator 102 womöglich nicht korrekt gesteuert wird. Andererseits kann das Steuersignal 106, wenn der DC/DC-Wandler 100 eine geringe Last mit Energie versorgt, die Einschaltdauer des Schalters SW0 verkürzen. Der hier verwendete Begriff ”niedrige Last” bedeutet eine Last, die im Vergleich zu einer hohen Last relativ wenig Energie verbraucht. Da aber der DC/DC-Wandler 100 die Anschaltoperationen an dem Schalter SW0 mit einer konstanten Frequenz durchführt, ist die Leistungseffizienz des DC/DC-Wandlers 100 relativ niedrig, wenn der DC/DC-Wandler 100 eine niedrige Last versorgt.
2A zeigt ein Schaltungsdiagramm eines weiteren üblichen DC/DC-Wandlers 200. Der DC/DC-Wandler 200 ist ein LLC-Resonanzwandler (Induktor-Induktor-Kondensator). Der DC/DC-Wandler 200 liefert eine Ausgangsleistung an eine Last 214. Wie in 2A dargestellt ist, umfasst der DC/DC-Wandler 200 ein Schalterpaar SW1 und SW2, einen Kondensator 202, einen Induktor 204, einen Transformator 208 und einen Stromrichter 212. Der Induktor 210 verkörpert einen äquivalenten Induktor der Primärwicklung des Transformators 208. Ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) 206 mit einem Tastverhältnis von 50% aktiviert die Schalter SW1 und SW2 alternierend, so dass ein Schwingstrom I_OSC durch den Kondensator 202, den Induktor 204 und den Induktor 210 fließt. Das PWM-Signal 206 kann die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 200 durch eine Steuerung der Schaltfrequenz f₂₀₆ der Schalter SW1 und SW2 steuern.
Insbesondere hat der DC/DC-Wandler 200 eine Resonanzfrequenz f_R, die durch den Kondensator 202, den Induktor 204, den Transformator 208 und die Last 214 bestimmt wird. Das PWM-Signal 206 kann die Schaltfrequenz f₂₀₆ der Schalter SW1 und SW2 derart steuern, dass sie nahe an der Resonanzfrequenz f_R liegt, so dass der DC/DC-Wandler mehr Energie für die Last 214 bereitstellt, oder das PWM-Signal 206 kann die Schaltfrequenz f₂₀₆ derart steuern, dass sie von der Resonanzfrequenz F_R entfernt ist, so dass der DC/DC-Wandler 200 weniger Energie für die Last 214 bereitstellt.
Aufgrund der Eigenschaften von LLC-Resonanzwandlern ist jedoch die Variationsrate der Ausgangsspannung V_OUT im Vergleich zur Schaltfrequenz f₂₀₆ entweder zu hoch oder zu niedrig, wenn die Last 214 eine niedrige Last ist. 2B zeigt zum Beispiel ein Beziehungsdiagramm der Ausgangsspannung V_OUT zur Schaltfrequenz f₂₀₆, wenn der DC/DC-Wandler 200 eine niedrige Last versorgt. Wenn die Schaltfrequenz f₂₀₆, wie in 2B gezeigt, kleiner als eine spezifizierte Frequenz f_N1 ist, ist die Variationsrate der Ausgangsspannung V_OUT im Vergleich zur Schaltfrequenz f₂₀₆ relativ hoch, und die Ausgangsspannung V_OUT ist möglicherweise instabil. Wenn die Schaltfrequenz f₂₀₆ größer als die spezifizierte Frequenz f_N1 ist, nähert sich die Ausgangsspannung V_OUT mit zunehmender Schaltfrequenz f₂₀₆ einem Limit V_LM. Infolgedessen ist der DC/DC-Wandler möglicherweise nicht in der Lage, die Ausgangsspannung V_OUT korrekt zu steuern.
ÜBERSICHT
In einer Ausführungsform umfasst ein Controller für einen Leistungswandler einen Steueranschluss und eine Steuerschaltung, die mit dem Steueranschluss verbunden ist. Der Steueranschluss liefert ein Steuersignal zur Steuerung des Leistungswandlers. Ein Zyklus des Steuersignals umfasst ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall. Die Steuerschaltung vergrößert einen Primärstrom, der durch eine Primärwicklung des Transformators fließt, und einen Sekundärstrom, der durch eine Sekundärwicklung des Transformators fließt, in dem ersten Zeitintervall und beendet die Vergrößerung des Primärstroms in dem zweiten Zeitintervall. Die Steuerschaltung steuert ferner das erste Zeitintervall derart, dass dieses umgekehrt proportional zu einer an die Primärwicklung gelieferten Eingangsspannung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Schaltungsdiagramm eines üblichen Leistungswandlers;
2A ein Schaltungsdiagramm eines weiteren üblichen Leistungswandlers;
2B ein Beziehungsdiagramm der Ausgangsspannung im Vergleich zu der Schaltfrequenz in Verbindung mit dem Leistungswandler in 2A;
3 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4B ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ein Flussdiagramm mit Beispielen von Abläufen in einem DC/DC-Wandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILBESCHREIBUNG
Es wird nunmehr im Einzelnen auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Wenngleich die Erfindung im Zusammenhang mit diesen Ausführungsformen beschrieben wird, sind diese nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht. Vielmehr sind durch die Erfindung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente erfasst, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen und den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung enthält die nachfolgende Beschreibung ferner zahlreiche Details, wobei der Fachmann jedoch erkennen wird, dass die Erfindung auch ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. Zum anderen wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit und um Aspekte der vorliegenden nicht unnötig zu verschleiern, hinreichend bekannte Verfahren, Abläufe, Komponenten und Schaltungen nicht im Einzelnen beschrieben.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Leistungswandler, z. B. ein DC/DC-Wandler, und ein Controller für den Leistungswandler bereitgestellt. Der Controller kann die Leistungsumwandlung steuern, die durch die Transformatorschaltung in dem Leistungswandler durchgeführt wird. In einer Ausführungsform steuert der Controller einen durch die Primärwicklung der Transformatorschaltung fließenden Strom auf solche Weise, dass die Ausgangsspannung des Leistungswandlers an einen voreingestellten Pegel angepasst wird. Zweckmäßigerweise kann der Controller den durch die Primärwicklung fließenden Strom derart steuern, dass er innerhalb eines Nichtsättigungsbereichs der Transformatorschaltung liegt. Im Nichtsättigungsbereich der Transformatorschaltung kann der durch die Primärwicklung fließende Strom die abgegebene Leistung des Leistungswandlers korrekt steuern.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der DC/DC-Wandler 300 ist ein DC/DC-Wandler auf Transformatorbasis. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der DC/DC-Wandler 300 eine Steuerschaltung 340, einen Schaltersteuerkreis 342, eine Umwandlungsschaltung 344 und eine Rückmeldungsschaltung 348. Die Steuerschaltung oder der Controller 340 umfasst einen Steueranschluss für die Bereitstellung eines Steuersignals 330 an den Schaltersteuerkreis 432, um die von der Umwandlungsschaltung 344 an eine (nicht dargestellte) Last, die mit dem Ausgangsanschluss 314 verbunden ist, abgegebene Leistung zu steuern. Die Steuerschaltung 340 empfängt von der Rückmeldungsschaltung 348 auch ein Rückmeldungssignal V_FB, das eine Ausgangsspannung V_OUT des DC/DC-Wandlers 300 angibt, und passt das Steuersignal 330 entsprechend dem Rückmeldungssignal V_FB an. Die Steuerschaltung 340 kann die Ausgangsspannung V_OUT auf einen voreingestellten Pegel V_SET steuern, indem sie das Steuersignal 330 anpasst.
Insbesondere umfasst die Umwandlungsschaltung 344 einen Transformator, der in 3 zum Beispiel als magnetgekoppelte Primärwicklung 304 und Sekundärwicklung 306 gezeigt ist. Das Steuersignal 330 kann ein periodisches Signal sein. Jeder Zyklus T_CYC des Steuersignals 330 umfasst eine ON-Zeit T_ON (vorliegend auch als ”erstes Zeitintervall” bezeichnet) und eine OFF-Zeit T_OUT (vorliegend auch als ”zweites Zeitintervall” bezeichnet). In einer Ausführungsform ist der Zyklus T_CYC des Steuersignals 330 gleich der Gesamtsumme der ON-Zeit T_ON und der OFF-Zeit T_OFF. Das Steuersignal 330 kann den Schaltersteuerkreis 342 steuern, um einen durch die Primärwicklung 304 fließenden Primärstrom I_P und einen durch die Sekundärwicklung 306 fließenden Sekundärstrom I_S in der ON-Zeit T_ON zu vergrößern. Zum Beispiel steuert das Steuersignal 330 in der ON-Zeit T_ON den Schaltersteuerkreis 342 derart, dass die Primärwicklung 304 eine Eingangsleistung von dem Eingangsanschluss 312 empfängt. Weiterhin kann das Steuersignal 330 den Schaltersteuerkreis 342 derart steuern, dass die Vergrößerung des Primärstroms I_P in der OFF-Zeit T_OFF beendet wird. In der OFF-Zeit T_OFF zum Beispiel steuert das Steuersignal 330 den Schaltersteuerkreis 342 dahingehend, dass der Strompfad der Primärwicklung unterbrochen und deshalb der Primärstrom I_P abgeschnitten wird. Dadurch kann die Steuerschaltung 340 das Verhältnis T_ON/T_CYC (ein Verhältnis einer ON-Zeit T_ON in einem Zyklus T_CYC zu dem Zyklus T_CYC) steuern, um die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 300 zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 340 das Verhältnis T_ON/T_CYC vergrößern, um die Ausgangsleistung zu vergrößern, wenn die mit dem Ausgangsanschluss 314 verbundene Last mehr Energie verbraucht, oder das Verhältnis T_ON/T_CYC verkleinern, um die Ausgangsleistung zu verkleinern, wenn die mit Ausgangsanschluss 314 verbundene Last weniger Energie verbraucht. Die Steuerschaltung 340 kann das Verhältnis T_ON/T_CYC auch vergrößern, wenn die Ausgangsspannung V_OUT kleiner ist als der voreingestellte Pegel V_SET, oder das Verhältnis T_ON/T_CYC verkleinern, wenn die Ausgangsspannung V_OUT T_ON/T_CYC größer als der voreingestellte Pegel V_SET ist. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannung V_OUT an den voreingestellten Pegel V_SET angepasst.
In einer Ausführungsform kann der durch die Primärwicklung 304 fließende Primärstrom I_P während der ON-Zeit T_ON von einer spezifizierten Höhe, z. B. Null Ampere, auf einen Spitzenpegel I_PMAX ansteigen. Der Spitzenpegel I_PMAX kann bestimmt werden durch: I_PMAX = V'_IN·T_ON/L_M (1)
Dabei ist V'_IN eine Eingangsspannung über der Primärwicklung 304 und L_M eine äquivalente Induktanz der Primärwicklung 304. Die Steuerschaltung 340 steuert die ON-Zeit T_ON, so dass sie umgekehrt proportional zu der Eingangsspannung V'_IN ist, die an die Primärwicklung 304 geliefert wird, z. B. zu der Spannung über der Primärwicklung 304. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 340 die ON-Zeit T_ON so steuern, dass sie gleich K/V'_IN ist, so dass der Spitzenpegel I_PMAX gleich K/L_M ist. Der Koeffizient K und die äquivalente Induktanz L_M können konstant sein. Folglich kann der Spitzenpegel I_PMAX in mehreren Zyklen des Steuersignals 330 im Wesentlichen konstant sein. Der hier verwendet Begriff ”im Wesentlichen konstant” bedeutet, dass der Spitzenpegel I_PMAX beispielsweise aufgrund einer Nichtidealität der Schaltungskomponenten variieren kann, jedoch innerhalb eines Bereichs liegt, solange der Bereich relativ klein ist und ignoriert werden kann. Der Koeffizient K kann derart festgelegt sein, dass der Spitzenpegel I_PMAX innerhalb des Nichtsättigungsbereichs des Transformators liegt, dass der Spitzenpegel I_PMAX zum Beispiel kleiner als ein Schwellenwert I_SATU des Nichtsättigungsbereichs des Transformators ist.
Zweckmäßigerweise kann die Steuerschaltung 340 den Primärstrom I_P derart steuern, dass er unabhängig davon, ob der DC/DC-Wandler 300 eine hohe Last oder eine niedrige Last versorgt, innerhalb des Nichtsättigungsbereichs des Transformators liegt, weshalb die Steuerschaltung 340 die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 300 korrekt steuern kann. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung 340, wenn der DC/DC-Wandler 300 eine leichte Last versorgt, das Tastverhältnis T_CYC des Steuersignals 330 vergrößern, so dass das Verhältnis T_ON/T_CYC verkleinert wird. Durch eine Vergrößerung des Tastverhältnisses T_CYC des Steuersignals 330 wird eine Schaltfrequenz f_SW des Schalterkreises 342 reduziert, wodurch die Anzahl der an dem Schaltkreis 342 durchgeführten Anschaltoperationen reduziert wird. Dementsprechend wird der Energieverbrauch reduziert und die Leistungseffizienz verbessert.
4A zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers 400A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4A wird in Kombination mit 3 beschrieben. In dem Beispiel von 4A ist der DC/DC-Wandler 400A ein Aufwärtswandler. Wie in 4A dargestellt ist, umfasst die Steuerschaltung 340 einen ersten Schaltkreis 418, einen zweiten Schaltkreis 416 und einen Fehlerverstärker 428. Die Umwandlungsschaltung 334 umfasst einen Transformator 402 (z. B. dargestellt als magnetisch gekoppelte Primärwicklung 404 und Sekundärwicklung 406), einen Stromrichter (z. B. umfassend Dioden D1 und D2), einen Induktor L1 und einen Filterkondensator C1. Die Rückmeldungsschaltung 348 umfasst in Reihe geschaltete Resistoren R1 und R2. In dem Beispiel von 4A umfasst der Schalterkreis 342 von 3 einen Schalter Q1, der mit der Primärwicklung 404 in Reihe geschaltet ist, und das Steuersignal 330 in 3 umfasst ein PWM(Pulsweitenmodulations)-Steuersignal.
In einer Ausführungsform generiert die Steuerschaltung 340 ein PWM-Steuersignal, um den Schalter Q1 alternierend zu aktivieren und zu deaktivieren, um auf diese Weise die Leistungsumwandlung der Umwandlungsschaltung 344 zu steuern. Die Steuerschaltung 340 empfängt ferner ein Rückmeldungssignal V_FB (z. B. die Spannung über dem Resistor R2), das linear proportional zu der Ausgangsspannung V_OUT des DC/DC-Wandlers 300 ist. Die Steuerschaltung 340 passt die Einschaltdauer des Schalters Q1 entsprechend dem Rückmeldungssignal V_FB an, so dass die Ausgangsspannung V_OUT an einen voreingestellten Pegel V_SET angepasst wird. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 340 einen durch die Primärwicklung fließenden Primärstrom I_P derart, dass dieser innerhalb eines Nichtsättigungsbereichs des Transformators 402 liegt, so dass die Ausgangsspannung V_OUT korrekt gesteuert werden kann.
Insbesondere aktiviert das PWM-Steuersignal den Schalter Q1 in der ON-Zeit T_ON und deaktiviert den Schalter Q1 in der OFF-Zeit T_OFF. Die Einschaltdauer des Schalters Q1 ist gleich dem Verhältnis von T_ON/T_CYC. Zum einen fließt bei aktiviertem Schalter Q1 ein Primärstrom I_P durch die Primärwicklung 404 und den Schalter Q1 zur Erde. Die Primärwicklung 404 erhält Strom aus dem Eingangsanschluss 312, und der Primärstrom I_P sowie die Magnetflussdichte des Transformators 402 steigen an. Demzufolge fließt ein Sekundärstrom I_P durch die Sekundärwicklung 406, die Diode D1 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss, und der Sekundärstrom I_S steigt mit zunehmendem Primärstrom I_P an. Der Induktor L1 speichert Magnetenergie, wenn der Sekundärstrom I_S durch den Induktor L1 fließt. Zum anderen wird bei deaktiviertem Schalter Q1 der Primärstrom T_P unterbrochen. Der Induktor L1 gibt Energie an den Ausgangsanschluss 314 ab, indem er die Magnetenergie in elektrische Energie umwandelt. Ein Strom kann über die parallelgeschalteten Dioden D1 und D2 und über den Induktor L1 von der Erde zu dem Ausgangsanschluss 314 fließen. Dadurch kann die Steuerschaltung 340 die Ausgangsspannung V_OUT des DC/DC-Wandlers 400A vergrößern, indem die Einschaltdauer des Schalters Q1 verlängert wird, oder die Ausgangsspannung V_OUT verkleinern, indem die Einschaltdauer des Schalters Q1 verkürzt wird.
In einer Ausführungsform erzeugt die erste Schaltung 418 ein erstes Signal 424 entsprechend einem zweiten Signal 426 von der zweiten Schaltung 416, und die zweite Schaltung 416 erzeugt das zweite Signal 426 entsprechend dem ersten Signal 424 von der ersten Schaltung 418. Die zweite Schaltung 416 steuert die ON-Zeit T_ON des PWM-Steuersignals, und die erste Schaltung 418 steuert die OFF-Zeit T_OFF des PWM-Steuersignals.
Insbesondere umfasst die zweite Schaltung 416 in dem Beispiel von 4A einen TON-Timer und die erste Schaltung 418 einen T_OFF-Timer 420. In einer Ausführungsform beginnt der TON-Timer 416 mit der Zeitmessung in Reaktion auf ein erstes Auslösesignal, z. B. eine steigende Flanke des ersten Signals 424. Der TON-Timer 416 steuert das PWM-Steuersignal in Reaktion auf das erste Auslösesignal auf einen ersten Pegel, z. B. logisch High, und ändert nach Ablauf einer ON-Zeit T_ON den Pegel des PWM-Steuersignals in einen zweiten Pegel, z. B. logisch Low. Zum Beispiel steuert der TON-Timer 416 bei einer ansteigenden Flanke des ersten Signals 424 das zweite Steuersignal 426 und das PWM-Steuersignal in den Zustand logisch High und beginnt mit der Zeitmessung. Nach Ablauf einer ON-Zeit T_ON ändert der TON-Timer 416 das PWM-Steuersignal in logisch Low, indem das zweite Signal in logisch Low geändert wird. In den Beispielen von 4A wird der Schalter Q1 aktiviert, wenn das PWM-Steuersignal logisch High ist, und wird deaktiviert, wenn das PWM-Steuersignal logisch Low ist. Darüber hinaus beginnt der T_OFF-Timer 420 in Reaktion auf eine Änderung des Pegels des PWM-Steuersignals mit der Zeitmessung und erzeugt das erste Auslösesignal, wenn eine OFF-Zeit T_OFF endet. Wenn beispielsweise der Pegel des PWM-Steuersignals von logisch High in logisch Low geändert wird, kann der T_OFF-Timer 420 eine fallende Flanke des zweiten Signals 426 detektieren. In Reaktion auf die fallende Flanke des zweiten Signals 426 steuert der T_OFF-Timer 420 das erste Signal auf logisch Low und beginnt mit der Zeitmessung. Nach dem Verstreichen einer OFF-Zeit T_OFF ändert der T_OFF-Timer 420 den Pegel des ersten Signals 424 von logisch Low in logisch High, weshalb der TON-Timer 416 eine steigende Flanke des ersten Signals 424 detektieren kann.
In einer Ausführungsform empfängt der TON-Timer 416 die Eingangsspannung V_IN, die an die Primärwicklung 404 geliefert wird, z. B. die Spannung über der Primärwicklung 404, und steuert die ON-Zeit T_ON, so dass diese umgekehrt proportional zu der Eingangsspannung V_IN ist. Dadurch kann der Primärstrom I_P einen konstanten Spitzenwert I_PMAX haben, der innerhalb des Nichtsättigungsbereichs des Transformators 402 liegt. Darüber hinaus empfängt der T_OFF-Timer 420 in dem Beispiel von 4A ein verstärktes Signal V_COMP, das die Ausgangsspannung V_OUT angibt und die OFF-Zeit T_OFF so steuert, dass sie umgekehrt proportional zu dem verstärken Signal V_COMP ist. Insbesondere vergleicht der Fehlerverstärker 428, z. B. ein Transkonduktanzverstärker, das Rückmeldungssignal V_FB mit einem Referenzsignal V_REF, um das verstärkte Signal V_COMP zu steuern. Das Referenzsignal V_REF wird gemäß einem voreingestellten Pegel V_SET, d. h. einem Zielpegel der Ausgangsspannung V_OUT, festgelegt. Wenn das Rückmeldungssignal V_FB größer als das Referenzsignal V_REF ist, z. B. wenn die Ausgangsspannung V_OUT größer als der voreingestellte Pegel V_SET ist, verkleinert der Fehlerverstärker 428 das verstärkte Signal V_COMP, um die OFF-Zeit T_OFF zu erhöhen, weshalb die Einschaltdauer des Schalters Q1 kürzer wird, um die Ausgangsspannung V_OUT zu verringern. Wenn das Rückmeldungssignal V_FB kleiner als das Referenzsignal V_REF ist, z. B. wenn die Ausgangsspannung V_OUT kleiner als der voreingestellte Pegel V_SET ist, vergrößert der Fehlerverstärker 428 das verstärkte Signal V_COMP, um die OFF-Zeit T_OFF zu verkürzen, weshalb die Einschaltdauer des Schalters Q1 länger wird, um die Ausgangsspannung V_OUT zu erhöhen. Demzufolge wird die Ausgangsspannung V_OUT an den voreingestellten Pegel V_SET angepasst.
In einer Ausführungsform umfasst der DC/DC-Wandler 400A ferner einen Komparator (in 4A nicht dargestellt) für den Vergleich des Rückmeldungssignals V_FB mit dem Referenzsignal V_REF. Wenn das Rückmeldungssignal V_FB größer als das Referenzsignal V_REF ist, z. B. wenn die Ausgangsspannung V_OUT größer als der voreingestellte Pegel V_SET ist, kann der Komparator den TON-Timer 416 abschalten, um das PWM-Steuersignal auf logisch Low zu halten. Somit kann sich die Ausgangsspannung V_OUT verringern. Wenn sich die Ausgangsspannung V_OUT auf den voreingestellten Pegel V_SET verringert hat, kann der Komparator den TON-Timer 416 anschalten, um das erste Signal 426 zu generieren.
Wenngleich die erste Schaltung 418 in dem Beispiel von 4A einen Timer enthält, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. In einer anderen Ausführungsform ist der Timer durch einen Oszillator ersetzt. 4B zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines DC/DC-Wandlers 400B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem Beispiel von 4B umfasst die erste Schaltung 418 einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 422. 4B wir in Kombination mit 4A beschrieben.
Der VCO 422 kann das vorgenannte erste Auslösesignal, z. B. steigende Flanken des ersten Signals 424, mit einer Frequenz f_SW erzeugen und die Frequenz f_SW im Verhältnis zu dem verstärkten Signal V_COMP steuern. Wenn in einer Ausführungsform das Rückmeldungssignal V_FB größer als das Referenzsignal V_REF ist, wenn z. B. die Ausgangsspannung V_OUT größer als der voreingestellte Pegel V_SET ist, verkleinert der Fehlerverstärker 428 das verstärkte Signal V_COMP, um die Frequenz f_SW des ersten Signals 424, zum Beispiel die Frequenz f_SW des PWM-Steuersignals, zu verkleinern. Dadurch vergrößert sich das Tastverhältnis T_CYC des PWM-Steuersignals, und die Einschaltdauer des Schalters Q1 verkürzt sich, um die Ausgangsspannung V_OUT zu verkleinern. Wenn das Rückmeldungssignal V_FB kleiner als das Referenzsignal V_REF ist, z. B. wenn die Ausgangsspannung V_OUT kleiner als der voreingestellte Pegel V_SET ist, vergrößert der Fehlerverstärker 428 das verstärkte Signal V_COMP, um die Frequenz f_SW des ersten Signals 424, z. B. die Schaltfrequenz f_SW des PWM-Steuersignals, zu vergrößern. Dadurch verkleinert sich das Tastverhältnis des PWM-Steuersignals, und die Einschaltdauer des Schalters Q1 verlängert sich, um die Ausgangsspannung V_OUT zu vergrößern. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung V_OUT an den voreingestellten Pegel V_SET angepasst.
Wenngleich in den Beispielen von 4A und 4B die Steuerschaltung 340 die Aufwärtswandler 400A und 400B steuert, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Steuerschaltung 340 kann bei anderen Anwendungen wie beispielsweise Gegentaktflusswandlern, Halbbrückenwandlern und Vollbrückenwandlern zum Einsatz kommen. 5, 6 und 7 zeigen jeweils Schaltungsdiagramme von Beispielen eines Gegentaktflusswandlers 500, Halbbrückenwandlers 600 und Vollbrückenwandlers 700 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 5, 6 und 7 werden in Kombination mit 3, 4A und 4B beschrieben.
Es wird auf 5 Bezug genommen, in der eine Transformatorschaltung 502 in der Umwandlungsschaltung 502 Primärwicklungen 504 und 508 und mit den Primärwicklungen 504 und 508 magnetisch gekoppelte Sekundärwicklungen 506 und 510 aufweist. Die Primärwicklungen 504 und 508 können, müssen aber nicht die gleiche Spulenzahl N_P aufweisen. Die Sekundärwicklungen 506 und 510 können, müssen aber nicht die gleiche Spulenzahl N_S aufweisen. Der DC/DC-Wandler 500 hat Schalter Q2 und Q1, die jeweils mit den Primärwicklungen 504 und 508 verbunden sind.
Die Steuerschaltung 340 enthält einen Multiplexer 532 für den Empfang des zweiten Signals 426 und für die Generierung der Steuersignale PWM1 und PWM2 zur Steuerung der Schalter Q1 und Q2 gemäß dem Signal 426. Der Multiplexer 532 generiert die Steuersignale PWM1 und PWM2 alternierend. Zum Beispiel generiert der Multiplexer 532 das Steuersignal PWM1 in einem ersten Zyklus des Signals 426, generiert das Steuersignal PWM2 in einem zweiten Zyklus des Signals 426, der unmittelbar auf den ersten Zyklus des Signals 426 folgt, und generiert ferner das Steuersignal PWM1 in einem dritten Zyklus des Signals 426, der unmittelbar auf den zweiten Zyklus des Signals 426 folgt.
In einer Ausführungsform wird der Schalter Q1 im Betriebszustand in einem ersten Zyklus des Signals 426 durch das Steuersignal PWM1 für die Dauer einer ON-Zeit T_ON aktiviert und durch das Steuersignal PWM1 für die Dauer einer OFF-Zeit T_OUT deaktiviert. Zusätzlich ist der Schalter Q2 in dem ersten Zyklus des Signals 426 deaktiviert. Wenn der Schalter Q1 aktiviert ist, fließt ein Primärstrom I_P von dem Eingangsanschluss 312 durch die Primärwicklung 508 zu Erde, und der Primärstrom I_P steigt an. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung 506, die Diode D1 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss 314, und der Induktor L1 speichert Magnetenergie. Wenn der Schalter Q1 deaktiviert ist, wird der Primärstrom I_P unterbrochen, und der Induktor L1 gibt Ladung in den Ausgangsanschluss 314 ab. Über die Dioden D1 und D2 und über den Induktor L1 kann ein Strom von der Erde zu dem Ausgangsanschluss 314 fließen. Ähnlich wird in einem zweiten Zyklus des Signals 426 der Schalter Q2 durch das Steuersignal PWM2 für die Dauer einer ON-Zeit T_ON aktiviert und durch das Steuersignal PWM2 für die Dauer einer OFF-Zeit T_OFF deaktiviert. Zusätzlich ist der Schalter Q1 in dem zweiten Zyklus des Signals 426 deaktiviert. Ist der Schalter Q2 aktiviert, fließt ein Primärstrom I_P von dem Eingangsanschluss 312 durch die Primärwicklung 504 zur Erde, und der Primärstrom I_P steigt an. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung 510, die Diode D2 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss 314, und der Induktor L1 speichert Magnetenergie. Wenn der Schalter Q2 deaktiviert ist, ist der Primärstrom I_P abgeschnitten, und der Induktor L1 gibt Ladung in den Ausgangsanschluss 314 ab. Über die Dioden D1 und D2 und über den Induktor L1 kann ein Strom von der Erde zu dem Ausgangsanschluss 314 fließen.
Es wird auf 6 Bezug genommen, in der eine Transformatorschaltung 602 in der Umwandlungsschaltung 344 eine Primärwicklung 604 und mit der Primärwicklung 604 magnetisch gekoppelte Sekundärwicklungen 606 und 608 aufweist. Die Umwandlungsschaltung 344 umfasst ferner einen Kondensator-Teiler, der z. B. in Form von in Reihe geschalteten Kondensatoren C3 und C4 dargestellt ist und der zwischen den Eingangsanschluss 312 und die Erde geschaltet ist. Ein Anschluss der Primärwicklung 604 ist mit dem Verbindungsknoten der Kondensatoren C3 und C4 und ein weiterer Anschluss der Primärwicklung 604 über den Schalter Q1 mit der Erde und über den Schalter Q2 mit dem Ausgangsanschluss 314 verbunden.
In einer Ausführungsform generiert die Steuerschaltung 340 alternierend die Steuersignale PWM1 und PWM2. Der Prozess der Generierung der Steuersignale PWM1 und PWM2 in 6 ist ähnlich wie jener in 5. In einer Ausführungsform können die Kondensatoren C3 und C4 die gleiche Kapazität haben, müssen dies jedoch nicht. Wenn die Schalter Q1 und Q2 deaktiviert sind, kann die Eingangsspannung an der Primärwicklung 604, z. B. die Spannung an dem Verbindungsknoten der Kondensatoren C3 und C4, gleich der halben Eingangsspannung V_IN sein.
In einer Ausführungsform wird der Schalter Q1 im Betriebszustand in einem ersten Zyklus des Signals 426 durch das Steuersignal PWM1 für die Dauer einer ON-Zeit T_ON aktiviert und durch das Steuersignal PWM1 für die Dauer einer OFF-Zeit T_OUT deaktiviert. Zusätzlich ist der Schalter Q2 in dem ersten Zyklus des Signals 426 deaktiviert. Wenn der Schalter Q1 aktiviert ist, fließt ein Primärstrom I_P' von dem Kondensator-Teiler durch die Primärwicklung 604 zur Erde, und der Primärstrom I_P' steigt an. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung 606, die Diode D1 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss 314, und der Induktor L1 speichert Magnetenergie. Wenn der Schalter Q1 deaktiviert ist, wird der Primärstrom I_P' unterbrochen, und der Induktor L1 gibt Ladung in den Ausgangsanschluss 314 ab. Ähnlich wird in einem zweiten Zyklus des Signals 426 der Schalter Q2 durch das Steuersignal PWM2 für die Dauer einer ON-Zeit T_ON aktiviert und durch das Steuersignal PWM2 für die Dauer einer OFF-Zeit T_OFF deaktiviert. Zusätzlich ist der Schalter Q1 in dem zweiten Zyklus des Signals 426 deaktiviert. Ist der Schalter Q2 aktiviert, fließt ein Primärstrom I_P' von dem Eingangsanschluss 312 durch die Primärwicklung 604 zu dem Kondensator-Teiler, und der Primärstrom I_P'steigt an. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung 608, die Diode D2 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss 314, und der Induktor L1 speichert Magnetenergie. Wenn der Schalter Q2 deaktiviert ist, ist der Primärstrom I_P' unterbrochen, und der Induktor L1 gibt Ladung in den Ausgangsanschluss 314 ab.
Es wird auf 7 Bezug genommen, in der eine Transformatorschaltung 702 in der Umwandlungsschaltung 344 eine Primärwicklung 704 und mit der Primärwicklung 704 magnetisch gekoppelte Sekundärwicklungen 706 und 708 aufweist. Der DC/DC-Wandler 700 umfasst Schalter Q1, Q2, Q3 und Q4. Ein Anschluss der Primärwicklung 704 ist über den Schalter Q1 mit der Erde und über den Schalter Q2 mit dem Eingangsanschluss 312 verbunden. Ein weiterer Anschluss der Primärwicklung 704 ist über den Schalter Q4 mit der Erde und über den Schalter Q3 mit dem Eingangsanschluss 312 verbunden.
In einer Ausführungsform generiert die Steuerschaltung 314 alternierend ein erstes Paar von Steuersignalen PWM1 und PWM3 und ein zweites Paar von Steuersignalen PWM2 und PWM4. Beispielsweise generiert die Steuerschaltung 340 das erste Paar von Steuersignalen PWM1 und PWM3 in einem ersten Zyklus des Signals 426 und generiert das zweite Paar von Steuersignalen PWM2 und PWM4 in einem zweiten Zyklus des Steuersignals 426, der unmittelbar auf den ersten Zyklus des Signals 426 folgt, und generiert ferner das erste Paar von Steuersignalen PWM1 und PWM3 in einem dritten Zyklus des Signals 426, der unmittelbar auf den zweiten Zyklus des Signals 426 folgt.
In einer Ausführungsform werden die Schalter Q1 und Q3 im Betriebszustand in einem ersten Zyklus des Signals 426 durch die Steuersignale PWM1 und PWM3 für die Dauer einer ON-Zeit T_ON aktiviert und durch die Steuersignale PWM1 und PWM3 für die Dauer einer OFF-Zeit T_OFF deaktiviert. Zusätzlich sind die Schalter Q2 und Q4 in dem ersten Zyklus des Signals 426 deaktiviert. Wenn die Schalter Q1 und Q3 aktiviert sind, fließt ein Primärstrom I_P von dem Eingangsanschluss 312 durch den Schalter Q3, die Primärwicklung 704 und den Schalter Q1 zur Erde, und der Primärstrom I_P steigt an. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung 706, die Diode D1 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss 314, und der Induktor L1 speichert Magnetenergie. Wenn die Schalter Q1 und Q3 deaktiviert sind, ist der Primärstrom I_P unterbrochen, und der Induktor L1 gibt Ladung in den Eingangsanschluss 314 ab. Ähnlich werden die Schalter Q2 und Q4 in einem zweiten Zyklus des Signals 426 durch die Steuersignale PWM2 und PWM4 für die Dauer einer ON-Zeit T_ON aktiviert und durch die Steuersignale PWM2 und PWM4 für die Dauer einer OFF-Zeit T_OFF deaktiviert. Zusätzlich sind die Schalter Q1 und Q3 in dem zweiten Zyklus des Signals 426 deaktiviert. Wenn die Schalter Q2 und Q4 aktiviert sind, fließt ein Primärstrom I_P von dem Eingangsanschluss 312 durch den Schalter Q2, die Primärwicklung 704 und den Schalter Q4 zur Erde, und der Primärstrom I_P steigt an. Dementsprechend fließt ein Sekundärstrom I_S durch die Sekundärwicklung 708, die Diode D2 und den Induktor L1 zu dem Ausgangsanschluss 314, und der Induktor L1 speichert Magnetenergie. Wenn die Schalter Q2 und Q4 deaktiviert sind, ist der Primärstrom I_P unterbrochen, und der Induktor L1 gibt Ladung in den Ausgangsanschluss 314 ab.
Da die ON-Zeiten T_ON der Steuersignale, die die Schalter, z. B. Q1, Q2, Q3, Q4, steuern, die den DC/DC-Wandlern in 5, 6 und 7 zugeordnet sind, zweckmäßigerweise so gesteuert werden, dass sie umgekehrt proportional zu den Spannungen über den Primärwicklungen in den DC/DC-Wandlern sind, können die durch die Primärwicklungen fließenden Ströme im Wesentlichen konstante Spitzenpegel aufweisen. Die Spitzenpegel der Ströme, die durch die Primärwicklungen fließen, können innerhalb der Nichtsättigungsbereiche der Transformatorschaltung liegen.
8 zeigt ein Flussdiagramm 800 von Abläufen, die in dem DC/DC-Wandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stattfinden. 8 wird in Kombination mit 3, 4A, 4B, 5, 6 und 7 beschrieben.
In Block 802 steuert ein Steuersignal die Transformatorschaltung. Das Steuersignal kann ein periodisches Signal sein, wobei jeder Zyklus des Steuersignals eine ON-Zeit T_ON und eine OFF-Zeit T_OFF umfasst. Zum Beispiel umfasst das Steuersignal die vorliegend beschriebenen Signale 330, 426, PWM, PWM1, PWM2, PWM3 und PWM4. Die Transformatorschaltung umfasst die Transformatorschaltung 402, 502, 602 und 702.
In Block 804 vergrößert die Steuerschaltung 340 während der Dauer einer ON-Zeit T_ON einen Primärstrom, der durch eine Primärwicklung der Transformatorschaltung fließt, und einen Sekundärstrom, der durch eine Sekundärwicklung der Transformatorschaltung fließt. Zum Beispiel aktiviert die Steuerschaltung 340 in der ON-Zeit T_ON einen entsprechenden Schalter, so dass die Primärwicklung Strom von einer Stromquelle bezieht.
In Block 806 beendet die Steuerschaltung 340 die Vergrößerung des Primärstroms in der OFF-Zeit T_OFF. Zum Beispiel deaktiviert die Steuerschaltung 340 in der OFF-Zeit T_OFF den entsprechenden Schalter, so dass der Strompfad der Primärwicklung unterbrochen wird.
In Block 808 steuert die Steuerschaltung 340 die ON-Zeit T_ON auf solche Weise, dass diese umgekehrt proportional zu einer an die Primärwicklung gelieferten Eingangsspannung ist. Infolgedessen hat der durch die Primärwicklung fließende Primärstrom einen im Wesentlichen konstanten Spitzenpegel, der innerhalb des Nichtsättigungsbereichs der Transformatorschaltung liegt.
Zusammengefasst werden durch Ausführungsformen gemäß vorliegender Erfindung DC/DC-Wandler und die DC/DC-Wandler steuernde Controller bereitgestellt. Der DC/DC-Wandler umfasst einen Transformator. Der Controller steuert ein Zeitintervall, in dem zum Beispiel ein Primärstrom durch die Primärwicklung des Transformators fließt, auf solche Weise, dass dieses Zeitintervall umgekehrt proportional zu der an die Primärwicklung gelieferten Eingangsspannung ist. Dadurch liegt der Primärstrom in einem mit der Magnetflussdichte des Transformators verbundenen Nichtsättigungsbereich. Als Ergebnis kann der Controller die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers korrekt steuern. Vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel bei Netzteilen in Telekommunikationsgeräten, Geräten in Fahrzeugen, Adaptern, Batterieladegeräten etc.
In der vorstehenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Jedoch versteht es sich, dass verschiedene Ergänzungen, Modifikationen und Substitutionen möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken und den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der in den anliegenden Ansprüchen definiert ist. Der Fachmann wird erkennen, dass die Erfindung in Anpassung an die spezielle Umgebung und an die operativen Anforderungen in der Praxis mit zahlreichen Modifikationen hinsichtlich Form, Struktur, Anordnung, Proportionen, Materialien, Elementen und Komponenten etc. angewendet werden kann, ohne von den Grundsätzen der Erfindung abzuweichen. Aus diesem Grund dienen die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht dem Zweck der Darstellung und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar, deren Schutzumfang durch die anliegenden Ansprüche und ihre rechtlichen Entsprechungen definiert ist, und sind nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt.

Claims

Controller für einen Leistungswandler, wobei der Controller umfasst: einen Steueranschluss, der konfiguriert ist für die Bereitstellung eines Steuersignals zur Steuerung des Leistungswandlers, wobei ein Zyklus des Steuersignals ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall umfasst; und eine mit dem Steueranschluss verbundene Steuerschaltung, die bewirkt, dass ein durch eine Primärwicklung der Transformatorschaltung fließender Primärstrom und ein durch eine Sekundärwicklung der Transformatorschaltung fließender Sekundärstrom in dem ersten Zeitintervall ansteigen, die den Anstieg des Primärstroms in dem zweiten Zeitintervall beendet und die das erste Zeitintervall derart steuert, dass dieses umgekehrt proportional zu einer an die Primärwicklung gelieferten Eingangsspannung ist.
Controller nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal bewirkt, dass der Primärstrom während des ersten Zeitintervalls auf einen Spitzenpegel ansteigt und wobei der Spitzenpegel in einer Vielzahl von Zyklen des Steuersignals im Wesentlichen konstant ist.
Controller nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen mit der Primärwicklung in Reihe geschalteten Schalter, wobei der Schalter durch das Steuersignal alternierend aktiviert und deaktiviert wird.
Controller nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Steuerschaltung einen ersten Timer umfasst, wobei der erste Timer in Reaktion auf ein Auslösesignal mit einer Zeitmessung beginnt, das Steuersignal in Reaktion auf das Auslösesignal auf einen ersten Pegel steuert, nach Ablauf des ersten Zeitintervalls das Steuersignal auf einen zweiten Pegel ändert und das erste Zeitintervall derart steuert, dass dieses umgekehrt proportional zur Eingangsspannung ist.
Controller nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltung ferner einen zweiten Timer umfasst, der mit dem ersten Timer verbunden ist, wobei der zweite Timer in Reaktion auf die Änderung des Pegels des Steuersignals mit einer Zeitmessung beginnt und das Auslösesignal generiert, wenn das zweite Zeitintervall abläuft.
Controller nach Anspruch 5, wobei der zweite Timer das zweite Zeitintervall vergrößert, wenn eine Ausgangsspannung des Leistungswandlers größer ist als ein voreingestellter Pegel, und das zweite Zeitintervall verkleinert, wenn die Ausgangsspannung kleiner als der voreingestellte Pegel ist.
Controller nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die Steuerschaltung ferner einen Oszillator umfasst, der mit dem ersten Timer verbunden ist und konfiguriert ist für die Generierung des Auslösesignals mit einer Frequenz.
Controller nach Anspruch 7, wobei der Oszillator die Frequenz verkleinert, wenn eine Ausgangsspannung des Leitungswandlers größer als ein voreingestellter Pegel ist, und die Frequenz vergrößert, wenn die Ausgangsspannung kleiner als der voreingestellte Pegel ist.
Controller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Leistungswandler eine Umwandlungsschaltung umfasst, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus einem Aufwärtswandler, einem Gegentaktflusswandler, einem Halbbrückenwandler und einem Vollbrückenwandler besteht.
Verfahren zum Steuern eines Leistungswandlers, umfassend: Steuern einer Transformatorschaltung unter Verwendung eines Steuersignals, wobei ein Zyklus des Steuersignals ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall umfasst; Vergrößern eines durch eine Primärwicklung der Transformatorschaltung fließenden Primärstroms und eines durch eine Sekundärwicklung der Transformatorschaltung fließenden Sekundärstroms in dem ersten Zeitintervall; Beenden des Vergrößerns des Primärstroms in dem zweiten Zeitintervall; und Steuern des ersten Zeitintervalls derart, dass dieses umgekehrt proportional zu der an die Primärwicklung gelieferten Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Vergrößern des Primärstroms das Vergrößern des Primärstroms während des ersten Zeitintervalls auf einen Spitzenpegel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Steuern des ersten Zeitintervalls das Steuern des Spitzenpegels derart umfasst, dass dieser in einer Vielzahl von Zyklen des Steuersignals im Wesentlichen konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, ferner umfassend: Beginnen der Zeitmessung in Reaktion auf ein Auslösesignal und Steuern des Steuersignals auf einen ersten Pegel in Reaktion auf das Auslösesignal; und Ändern des Steuersignals auf einen zweiten Pegel, wenn das erste Zeitintervall endet.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Generieren des Auslösesignals, wenn der Zyklus des Steuersignals endet; Verlängern des Zyklus, wenn eine Ausgangsspannung größer als ein voreingestellter Pegel ist; und das Verkürzen des Zyklus, wenn die Ausgangsspannung kleiner als der voreingestellte Pegel ist.
Leistungswandler, umfassend: eine Transformatorschaltung, die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung umfasst und die konfiguriert ist für einen Betrieb in einer Vielzahl von Zyklen, wobei ein Zyklus der Zyklen ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall umfasst; und eine Steuerschaltung, die mit dem Transformator verbunden ist und eine Vergrößerung eines durch die Primärwicklung fließenden Primärstroms und eines durch die Sekundärwicklung fließenden Sekundärstroms in dem ersten Zeitintervall, eine Beendigung des Vergrößerns des Primärstroms in dem zweiten Zeitintervall und eine Steuerung des ersten Zeitintervalls bewirkt, derart, dass dieses umgekehrt proportional zu einer an die Primärwicklung gelieferten Eingangsspannung ist.
Leistungswandler nach Anspruch 15, wobei die Steuerschaltung den Primärstrom während des ersten Zeitintervalls auf einen Spitzenpegel vergrößert und wobei der Spitzenpegel in der Vielzahl von Zyklen im Wesentlichen konstant ist.
Leistungswandler nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend: einen Induktor, der mit der Sekundärwicklung verbunden ist und der in dem ersten Zeitintervall Energie speichert und in dem zweiten Zeitintervall Energie abgibt.
Leistungswandler nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die Steuerschaltung den Zyklus des ersten Auslösesignals verlängert, wenn eine Ausgangsspannung des Leistungswandlers größer als ein voreingestellter Pegel ist, und den Zyklus verkürzt, wenn die Ausgangsspannung kleiner als der voreingestellte Pegel ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner umfassend: einen Schalter, der mit der Primärwicklung in Reihe geschaltet ist, wobei der Schalter durch die Steuerschaltung alternierend aktiviert und deaktiviert wird.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 15 bis 19, ferner umfassend: eine Umwandlungsschaltung, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus einem Aufwärtswandler, einem Gegentaktflusswandler, einem Halbbrückenwandler und einem Vollbrückenwandler besteht.