DE102015114036A1 - Informationsaustausch über Sperrwandler-Transformator zur primärseitigen Steuerung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Leistungsschaltung beschrieben, die einen Transformator aufweist, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, und eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist. Die Primärseite enthält ein primäres Element, das dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom an der Primärseite einzuschalten oder auszuschalten. Die Sekundärseite enthält ein sekundäres Element und eine sekundäre Logik, die von der Primärseite isoliert ist. Die sekundäre Logik ist dazu ausgebildet, eine Änderung einer Größe einer mit der Leistungsschaltung gekoppelten Last zu detektieren, und als Reaktion auf die Detektion der Änderung der Größe der Last das sekundäre Element zu steuern, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.

Description

  • Diese Offenbarung betrifft Leistungswandler und insbesondere Verfahren zur Steuerung von Leistungssperrwandlern.
  • Ein typischer Sperrwandler weist eine primärseitige Schaltung auf, einen Transformator, und eine sekundärseitige Schaltung. Die primärseitige Schaltung ist mit einer Leistungsquelle verbunden und enthält wenigstens ein Schaltelement, das die Energiemenge steuert, die über den Transformator an die Sekundärseite übertragen wird. Der Transformator dient als elektrisch isolierter Kanal, um Energie von der primärseitigen Schaltung an die sekundärseitige Schaltung zu übertragen. Die sekundärseitige Schaltung ist mit einer mit Energie zu versorgenden Last gekoppelt.
  • Bei einem herkömmlichen Sperrwandler ist wenigstens eine Diode enthalten, die in einen Strompfad einer sekundärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelt ist, um Strom zu sperren (z.B. davon, dass er von dem Transformator zu der sekundärseitigen Schaltung fließt, wenn der primärseitige Transistor eingeschaltet ist, oder davon, dass er von einem Ausgangskondensator auf der Sekundärseite zu der sekundärseitigen Wicklung und zurück zur Primärseite fließt). Ein Nachteil bei der Verwendung einer Diode in der sekundärseitigen Schaltung besteht darin, dass aufgrund eines Spannungsabfalls (RDS-ON) über der Diode Energie verloren geht, wenn das primärseitige Schaltelement abgeschaltet wird und Energie von dem Transformator an die sekundärseitige Schaltung (und die Last) übertragen wird. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, können einige Sperrwandler so ausgelegt sein, dass die traditionelle Diode durch ein aktives Element (z.B. einen oder mehr Transistoren), das als sekundärseitiges Schaltelement bezeichnet werden kann, ersetzt oder zu diesem parallel geschaltet wird. Ein derartiges sekundärseitiges Schaltelement kann so betrieben werden, dass es synchron mit dem Schaltverhalten des primärseitigen Schaltelements schaltet, was den Wirkungsgrad im Vergleich zur Verwendung einer Diode, wie er oben beschrieben wurde, erhöhen kann. Der Betrieb des sekundärseitigen Schaltelements synchron mit dem Schaltverhalten des primärseitigen Schaltelements kann als Synchron-Gleichrichtung bezeichnet werden. Allgemein gibt es zwei Wege, um eine Synchron-Gleichrichtung zu implementieren: Der erste Weg wird als "steuerungsgesteuerte" Synchron-Gleichrichtung bezeichnet, und der zweite Weg ist als "selbstgesteuerte" Synchron-Gleichrichtung bekannt.
  • Bei einem steuerungsgesteuerten Entwurf wird das sekundärseitige Schaltelement durch Gatetreibersignale angesteuert, die von dem Gatetreibersignal des primärseitigen Schaltelements abgeleitet werden. Anders ausgedrückt erfordert der steuerungsgesteuerte Entwurf allgemein, dass eine Information über einen oder mehr von dem Transformator verschiedene zusätzliche elektrisch isolierte Signalpfade oder Kommunikationsverbindungen von der primärseitigen Schaltung des Sperrwandlers zur sekundärseitigen Schaltung des Sperrwandlers gelangt. Durch die Verwendung der von der Primärseite gesendeten, über die zusätzlichen elektrisch isolierten Signalpfade empfangenen Information kann ein sekundärseitiger Controller den Zustand des Gatesteuersignals ermitteln, das das primärseitige Schaltelement steuert. Basierend auf dem Zustand der Gatetreibersignale, die das primärseitige Schaltelement steuern, kann er bestimmen, wann er das sekundärseitige Schaltelement dazu veranlasst, synchron zu dem primärseitigen Schaltelement einzuschalten oder abzuschalten. Da ein steuerungsgesteuerter Synchrongleichrichter-Steuerungsentwurf eine zusätzliche Kommunikationsverbindung verwendet, kann eine steuerungsgesteuerte Synchrongleichrichtung die Größe, Kosten und/oder Komplexität des Leistungssperrwandlers erhöhen.
  • Eine selbstgesteuerte Synchrongleichrichtung kann für einige Sperrwandlerapplikationen attraktiver sein, da eine selbstgesteuerte Steuerung einfacher ist und weniger Bauelemente aufweist, als der steuerungsgesteuerte Entwurf. Bei einem selbstgesteuerten Entwurf kann ein sekundärseitiger Controller ohne die Information über den Zustand des das primärseitige Schaltelement steuernden Gatesteuersignals auskommen, das von der primärseitigen Schaltung über die zusätzliche Kommunikationsverbindung empfangen wird, und kann stattdessen einfach die Energie (z.B. einen Strom und/oder eine Spannung einer Energie) überwachen, die über den Transformator an die sekundärseitige Schaltung übertragen wird. Basierend auf der überwachten Energie kann der sekundärseitige Controller das sekundärseitige Schaltelement so steuern, dass es synchron mit den Operationen des primärseitigen Schaltelements schaltet. Auch wenn das Vertrauen auf einen selbstgesteuerten Synchrongleichrichter-Steuerungsentwurf die Größe, Kosten und/oder Komplexität im Vergleich zu einem steuerungsgesteuerten Entwurf verringern kann, kann eine selbstgesteuerte Synchrongleichrichtung die Genauigkeit und Qualität eines Sperrwandlers darangeben, indem sie eine qualitativ niedrigere und weniger wirkungsvolle Leistungsausgabe erzeugt.
  • Allgemein werden Schaltungen und Verfahren beschrieben, die einen Leistungssperrwandler in die Lage versetzen, Energie über einen Transformator (z.B. einen Transformator, der dazu verwendet wird, Energie von der Primärseite des Leistungssperrwandlers an die Sekundärseite des Leistungssperrwandlers zu übertragen, um eine Last mit Energie zu versorgen) von dessen sekundärseitiger Schaltung an dessen primärseitige Schaltung zu übertragen, als eine Möglichkeit, Information von der sekundärseitigen Schaltung zurück zu der primärseitigen Schaltung zu senden, ohne auf irgendwelche zusätzlichen anderen Kommunikationsverbindungen als den Transformator angewiesen zu sein. In anderen Worten, es kann eine Information (z.B. sekundärseitige Spannungspegel, sekundärseitige Strompegel, Steuersignale, die von der Sekundärseite stammen, etc.) durch einen Schaltkreis auf der Sekundärseite des Transformators erzeugt, in Form von Energieübertragungen durch den Transformator übermittelt, und durch einen Schaltkreis auf der Primärseite detektiert und als sekundärseitige Spannungspegel, sekundärseitige Strompegel, von der Sekundärseite herrührende Steuersignale, etc. interpretiert werden. Da die Übermittlung dadurch geschieht, dass Energie unter Verwendung des selben Transformators übertragen wird, der dafür verantwortlich ist, primärseitige Energie an die Sekundärseite zu übertragen, um eine Last mit Energie zu versorgen, wird die elektrische Isolierung zwischen den beiden Seiten des Leistungssperrwandlers beibehalten, ohne auf einen separaten, elektrisch isolierten Übertragungskanal angewiesen zu sein, der die beiden Seiten verbindet. Beispielsweise können die Schaltungen und Verfahren einen Leistungssperrwandler in die Lage versetzen, auf die Verwendung einer Optokopplerschaltung oder einer anderen Art von zusätzlichem, elektrisch isolierten Übertragungskanal zu verzichten, den andere, herkömmliche Leistungswandler benötigen können, um Information zwischen der Sekundärseite und der Primärseite des Transformators auszutauschen.
  • Gemäß einem Beispiel ist die Offenbarung auf eine Leistungsschaltung gerichtet, die einen Transformator, eine Primärseite und eine Sekundärseite enthält. Der Transformator weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf. Die Primärseite ist mit der Primärwicklung gekoppelt und enthält ein primäres Element, das dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom an der Primärseite einzuschalten oder abzuschalten, und eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist. Die Sekundärseite ist mit der Sekundärwicklung gekoppelt und enthält ein sekundäres Element und eine Steuereinheit, die gegenüber der Primärseite isoliert ist. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das sekundäre Element zu steuern, um sekundärseitige Energie von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite zu übertragen, um die von der Primärseite über den Transformator an die Sekundärseite übertragenen primärseitigen Energiemenge zu steuern.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf eine Leistungsschaltung gerichtet, die einen Transformator enthält, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist, und eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist. Die Primärseite enthält ein primäres Element und eine primäre Logik. Die primäre Logik ist dazu ausgebildet, das primäre Element dadurch zu steuern, dass sie zumindest sekundärseitige Energie, an der Primärseite, detektiert, die von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite übertragen wird.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das das Steuern eines sekundären Elements der Sekundärseite durch eine an der Sekundärseite eines Leistungswandlers positionierte Steuereinheit im Einklang mit Synchrongleichrichtung enthält. Das sekundärseitige Element ist mit einer Sekundärwicklung eines Transformators des Leistungswandlers gekoppelt. Das Verfahren enthält weiterhin das Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit, um über den Transformator sekundärseitige Energie von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird, zu steuern.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das das Detektieren sekundärseitiger Energie, die von einer Sekundärseite des Leistungswandlers über einen Transformator des Leistungswandlers an die Primärseite übertragen wird, durch eine Steuerlogik enthält, die an einer Primärseite eines Leistungswandlers positioniert ist. Das Verfahren enthält außerdem das Einschalten des primären Elements durch die Steuerlogik als Reaktion auf die Detektion der sekundärseitigen Energie.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf eine Leistungsschaltung gerichtet, die einen Transformator enthält, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, und eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist. Die Primärseite enthält ein primäres Element, das dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom an der Primärseite einzuschalten oder abzuschalten. Die Sekundärseite enthält ein sekundäres Element und eine sekundäre Logik, die von der Primärseite isoliert ist. Die sekundäre Logik ist ausgebildet: Eine Änderung der Größe einer Last zu detektieren, die mit der Leistungsschaltung gekoppelt ist, und als Reaktion auf das Detektieren der Änderung der Größe der Last das sekundäre Element zu steuern, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf eine Leistungsschaltung gerichtet, die einen Transformator enthält, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist, und eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist. Die Primärseite enthält ein primäres Element und einen primären Controller, der dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest dadurch zu steuern, dass er an der Primärseite sekundärseitige Energie detektiert, die von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite als Reaktion darauf übertragen wird, dass die Sekundärseite eine Änderung einer Größe einer mit der Sekundärseite gekoppelten Last detektiert.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das das Steuern eines sekundären Elements der Sekundärseite in Einklang mit Synchrongleichrichtung durch eine Steuereinheit enthält, die an einer Sekundärseite eines Leistungswandlers positioniert ist, wobei das sekundäre Element mit einer Sekundärwicklung eines Transformators des Leistungswandlers gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Detektieren einer Änderung einer Größe einer Last, die mit einer Sekundärseite des Leistungswandlers gekoppelt ist, durch eine Steuereinheit, und das Steuern des sekundären Elements durch eine Steuereinheit als Reaktion darauf, dass eine Änderung der Größe der Last detektiert wird, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers zu übertragen, um eine primärseitiger Energiemenge zu steuern, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das das Detektieren einer sekundärseitigen Energie durch eine an einer Primärseite eines Leistungswandlers positionierte Steuereinheit beinhaltet, die als Reaktion auf eine Änderung einer Größe einer mit der Sekundärseite gekoppelten Last von einer Sekundärseite des Leistungswandlers über einen Transformator des Leistungswandlers an die Primärseite übertragen wird.
  • Die Einzelheiten eines oder mehrerer Beispiele werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Offenbarung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie den Ansprüchen hervor.
  • 1 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein Beispielsystem zur Umwandlung von Leistung von einer Leistungsquelle gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Beispiel-Leistungswandler des in 1 gezeigten Beispielsystems zeigt.
  • 3 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen weiteren Beispiel-Leistungswandler des in 1 gezeigten Beispielsystems zeigt.
  • 4A und 4B sind Flussdiagramme, die Beispiel-Betriebsabläufe einer Primärseite beider Beispiel-Leistungswandler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
  • 5A–5C sind Flussdiagramme, die Beispiel-Betriebsabläufe einer Sekundärseite beider Beispiel-Leistungswandler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
  • 6–11 sind Zeitablaufsdiagramme, die Spannungs- und Stromcharakteristika eines jeden der Beispiel-Leistungswandler veranschaulichen, während sie die Betriebsabläufe der 4A, 4B und 5A–5C ausführen, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 12 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine ausführlichere Ansicht der Primärseite des in 3 gezeigten, weiteren Beispiel-Leistungswandlers veranschaulicht.
  • 13 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine ausführlichere Ansicht der Sekundärseite des in 3 gezeigten, weiteren Beispiel-Leistungswandlers veranschaulicht.
  • 14A und 14B sind Diagramme, die, als Funktion von Spannung, Charakteristika veranschaulichen, die verbunden sind mit jedem der Beispiel-Leistungswandler, die, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung, ein galliumnitrid-(GaN)-basiertes Schalterbauelement als primäres Element aufweisen, gegenüber einem siliziumbasierten Leistungs-MOSFET.
  • 15 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Leistungswandlers veranschaulicht, der bei dem in 1 gezeigten Beispielsystem eingesetzt werden kann, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 16 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Leistungswandlers veranschaulicht, der bei dem in 1 gezeigten Beispielsystem eingesetzt werden kann, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das Beispiel-Betriebsabläufe des in 16 gezeigten Beispiel-Leistungswandlers veranschaulicht, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 18 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Spannungs- und Stromcharakteristika des in 16 gezeigten Leistungswandlers veranschaulicht.
  • 19 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Leistungswandlers veranschaulicht, der auf einen separaten, elektrisch isolierten Übertragungskanal angewiesen ist, welcher die Primär- und Sekundärseiten des herkömmlichen Leistungswandlers verbindet.
  • Ein typischer Sperrwandler enthält eine primärseitige Schaltung, einen Transformator, und eine sekundärseitige Schaltung. Die primärseitige Schaltung ist mit einer Leistungsquelle wie beispielsweise einem Stromnetz, einer Batterie oder einer anderen Leistungsquelle verbunden, und sie enthält wenigstens ein Schaltelement, das die Energiemenge steuert, die über den Transformator an die Sekundärseite übertragen wird. Ein Transformator dient als elektrisch isolierter Kanal zur Übertragung von Energie von der primärseitigen Schaltung an die sekundärseitige Schaltung. Die sekundärseitige Schaltung ist mit einer mit Energie zu versorgenden Last gekoppelt, bei einigen Fällen über einen Ausgangskondensator.
  • Die primärseitige Schaltung enthält weiterhin eine Treiberschaltung, die das primärseitige Schaltelement ansteuert. Die Treiberschaltung schaltet das primärseitige Schaltelement ein und aus, um Energie von der Leistungsquelle über den Transformator an die sekundärseitige Schaltung zu übertragen. Während des Betriebs kann die Treiberschaltung das primärseitige Schaltelement einschalten, um Energie an den Transformator zu übertragen. Diese Energie kann als magnetischer Fluss in einem Luftspalt des Transformators zwischen primären und sekundären Wicklungen des Transformators gespeichert werden. Die Treiberschaltung kann dann das primärseitige Schaltelement abschalten, was dazu führen kann, dass die in dem Transformator gespeicherte Energie an die sekundärseitige Schaltung und die Last übertragen wird.
  • Einige Systeme können einen Sperrwandler erfordern, um einen bestimmten Wirkungsgrad mit bestimmten Niveau zu erzielen. Um beim Wirkungsgrad zu unterstützen, enthält ein herkömmlicher Sperrwandler einen primärseitigen Controller, sowie wenigstens eine Diode, die in einen Strompfad einer sekundärseitigen Wicklung des Transformators integriert ist. Eine derartige Diode kann dazu verwendet werden, einen Strom daran zu hindern, dass er von dem Transformator an die sekundärseitige Schaltung fließt, wenn der primärseitige Transistor durch die Treiberschaltung eingeschaltet wird, so dass Energie in dem Transformator gespeichert wird. Weiterhin verhindert die Diode einen Stromfluss von dem Ausgangskondensator auf der Sekundärseite zur Sekundärwicklung und zurück zur Primärseite.
  • Ein Nachteil bei der Verwendung einer Diode in der sekundärseitigen Schaltung, wie sie oben beschrieben wurde, besteht darin, dass wenn das primärseitige Schaltelement ausgeschaltet wird und Energie von dem Transformator an die sekundärseitige Schaltung (und die Last) übertragen wird, aufgrund eines Spannungsabfalls (Rds-on) über der Diode Energie verloren geht. Bei einigen Beispielen kann ein Sperrwandler so ausgelegt sein, dass er eine Diode mit einem verringerten Spannungsabfall enthält, was den Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Diode mit einem höheren Spannungsabfall verbessern kann; allerdings kann immer noch Energie verloren gehen, was bei einigen Anwendungen unerwünscht sein kann. Um den Wirkungsgrad weiter zu verbessern, können einige Sperrwandler so ausgelegt sein, dass die herkömmliche Diode durch ein aktives Element (z.B. eine oder mehr Transistoren) ersetzt oder dazu parallel geschaltet wird, das als sekundärseitiges Schaltelement bezeichnet werden kann. Ein derartiges sekundärseitiges Schaltelement kann so betrieben werden, dass synchron zum Schaltverhalten des primärseitigen Schaltelements schaltet, was den Wirkungsgrad im Vergleich zur Verwendung einer Diode, wie sie oben beschrieben wurde, erhöhen kann. Beispielsweise kann ein sekundärseitiges Schaltelement so betrieben werden, dass es ausschaltet, wenn das primärseitige Schaltelement eingeschaltet wird, so dass es als offene Schaltung arbeitet und Energie (d.h. Strom) daran hindert, aus dem Transformator auszutreten, während Energie an den Transformator übertragen wird. Das sekundärseitige Schaltelement kann auch eingeschaltet werden, wenn das primärseitige Schaltelement ausgeschaltet wird, so dass es als Kurzschluss wirkt und zulässt, dass Energie von dem Transformator an die sekundärseitige Schaltung und die Last übertragen wird, ohne einen Spannungsabfall, der einen Energieverlust bewirkt, oder mit einem geringen Spannungsabfall, der einen relativ geringen Energieverlust bewirkt. Der Betrieb des sekundärseitigen Schaltelements synchron mit dem Schaltverhalten des primärseitigen Schaltelements, wie er oben beschrieben wurde, kann auch als Synchron-Gleichrichtung bezeichnet werden.
  • Typischerweise gibt es zwei Möglichkeiten, Synchron-Gleichrichtung zu implementieren: Die erste Möglichkeit wird als "steuerungsgesteuerte" Synchron-Gleichrichtung bezeichnet, und die zweite Möglichkeit ist als "selbstgesteuerte" Synchron-Gleichrichtung bekannt. Bei einem steuerungsgesteuerten System wird das sekundärseitige Schaltelement durch Gatetreibersignale angesteuert, die von einem Gatetreibersignal des primärseitigen Schaltelements abgeleitet werden. Anders ausgedrückt erfordert das steuerungsgesteuerte System gemeinhin, dass Information von der primärseitigen Schaltung des Sperrwandlers über einen oder mehr zusätzliche, von dem Transformator verschiedene, elektrisch isolierte Signalpfade an die sekundärseitige Schaltung des Sperrwandlers gelangt. Durch die Verwendung der Information von der Primärseite kann ein sekundärseitiger Controller basierend auf den Gatesteuersignalen, die das primärseitige Schaltelement steuern, bestimmen, wann er das sekundärseitige Schaltelement dazu veranlasst, synchron zu dem primärseitigen Schaltelement einzuschalten oder auszuschalten. Bei einem selbstgesteuerten Entwurf hingegen kann ein sekundärseitiger Controller Energie (z.B. einen Strom und/oder eine Spannung einer Energie) überwachen, die an die Sekundärseite über den Transformator übertragen wird, und das sekundärseitige Schaltelement so steuern, dass es synchron zum Betrieb des primärseitigen Schaltelements schaltet.
  • Selbstgesteuerte Synchrongleichrichtung kann für einige Sperrwandleranwendungen attraktiver sein, da eine selbstgesteuerte Steuerung weniger Bauelemente erfordert, als das steuerungsgesteuerte System. Allerdings hängt die Performance von selbstgesteuerter Synchrongleichrichtung ab von der Genauigkeit des Schaltens (z.B. wie bald das sekundärseitige Schaltelement einschaltet, unmittelbar nachdem das primäre Element ausschaltet, und wie zeitnah das vor dem Einschalten des primären Elements das sekundärseitige Schaltelement ausschaltet), es kann weniger effizient sein, als das steuerungsgesteuerte System.
  • Wie oben beschrieben kann bei einem selbstgesteuerten System ein sekundärseitiger Controller Energie (z.B. einen Strom und/oder eine Spannung einer Energie) überwachen, die über den Transformator an die Sekundärseite übertragen wird, und das sekundärseitige Schaltelement so ansteuern, dass es synchron zum Betrieb des primärseitigen Schaltelements schaltet. Gemäß diesen Beispielen kann ein sekundärseitiger Controller bei einem selbstgesteuerten System basierend auf einer Überwachung eines Stroms der Sekundärseite (z.B. ein Strom durch die sekundärseitige Wicklung des Transformators, den Ausgangskondensator, die Last, oder ein anderer repräsentativer Strom), oder einer mit dem Strom assoziierte Änderungsrate bestimmen, wann auszuschalten ist. Gemäß einem typischen Synchrongleichrichter-Sperrwandler beispielsweise schaltet ein sekundärseitiger Controller, wenn das primärseitige Schaltelement ausgeschaltet wird, das sekundärseitige Schaltelement ab, wenn der überwachte Strom einen Wert von im Wesentlichen Null Ampere erreicht hat. Gemäß diesen typischen Beispielen stellt das Abschalten des sekundärseitigen Schalters, wenn der sekundärseitige Strom Null Ampere erreicht, sicher, dass das sekundärseitige Schaltelement ausgeschaltet ist, wenn das primärseitige Schaltelement eingeschaltet wird.
  • Einige Systeme können voraussetzen, dass ein Sperrwandler dazu in der Lage ist, eine Ausgangsspannung innerhalb eines bestimmten Toleranzfensters zu halten. Beispielsweise kann das System im Fall eines Lastsprungs (z.B. das Anschließen oder Einstecken einer Last an den Ausgang des Sperrwandlers) es erfordern, dass der Sperrwandler die Ausgangsspannungsschwellenwerte selbst bei einer plötzlichen Änderung der Größe der an den Ausgang angeschlossenen Last nicht übertritt. Und einige Systeme können es erfordern, dass ein Sperrwandler eine sehr geringe Menge an Leistung benötigt, wenn er keine Last versorgt. Beispielsweise können es einige Industrie- oder Regierungs-Vorschriften (z.B. EnergyStar®, etc.) erforderlich machen, dass Systeme Sperrwandler betreiben, die eine sehr geringe Menge an Leistung benötigen, wenn sie im "Stand-By"-Modus und/oder im Zustand mit keiner Last oder bei sehr "leichten" Lastbedingungen betrieben werden. Um die Ausgangsspannung, selbst während die Last springt und/oder im unbelasteten Zustand, erfolgreich in einem engen Regelungsfenster zu halten, kann ein typischer Sperrwandler auf eine Hilfswicklung an der Primärseite des Transformators bauen, um die gegenwärtige Ausgangsspannung zu detektieren, und/oder auf einen zusätzlichen, elektrisch isolierten Kanal, um ein Signal von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung zu übertragen, um zu signalisieren, wenn ein Lastsprung auftritt.
  • Um beispielsweise zu bestimmen, ob eine Last plötzlich erfordert, dass der Sperrwandler Leistung bereitstellt, kann ein Feedback-Signal automatisch von der Sekundärseite über einen zusätzlichen, elektrisch isolierten Kanal an die Primärseite gesandt werden, um jedes Mal, wenn ein Lastsprung auftritt, darauf hinzuweisen. Typischerweise wird der zusätzliche, elektrisch isolierte Kanal durch Verwendung eines Optokopplers und etwas zusätzlicher Rückkopplungsschaltung auf der Sekundärseite erreicht. Allerdings kann es bei einigen Arten von Anwendungen wünschenswert sein, die Verwendung von Optokopplern oder anderen speziellen Kommunikationselementen zu vermeiden. Beispielsweise können Optokoppler oder andere Bauelemente, die einen zusätzlichen, elektrisch isolierten Kanal zur Verfügung stellen, für einige Anwendungen kostspielig sein.
  • Bei anderen Beispielen kann der primäre Controller, um zu bestimmen, ob eine Last plötzlich fordert, dass der Sperrwandler Leistung bereitstellt, für einen Moment einschalten, um die Ausgangsspannung zu messen. Durch das Einschalten kann der primäre Controller verursachen, dass eine geringere Energiemenge über den Transformator an die Sekundärseite übertragen wird. Der geringe Energieübertrag kann an einer Hilfswicklung des Transformators eine "reflektive Spannung" (engl.: „reflective voltage“) induzieren, die der primäre Controller verwenden kann, um zu bestimmen, ob eine Last an den Ausgang angeschlossen ist. Diese Messung erfordert es, dass der Sperrwandler zumindest einen Schaltzyklus auf der Primärseite ausführt, um eine Messung der reflektierten Spannung (engl.: „reflected voltage“) während der Phase zulässt, in der die Energie von dem Transformator an die Sekundärseite übertragen wird. Typischerweise wird der Sperrwandler im Burst-Modus betrieben, um diese Messungen zu ermöglichen. Allerdings gebietet der Betrieb im Burst-Modus relativ kurze Intervalle zwischen dem Burst, um (z.B. im Fall eines Lastsprungs) sicherzugehen, dass die Ausgangsspannung innerhalb ihrer Spannungsgrenzen bleibt. Ein relativ hohes Aufkommen an Burst-Modus-Aktivität kann dazu führen, dass der Sperrwandler mehr Energie verbraucht und mit den Erfordernissen des Systems, unter lastfreien oder Niedriglast-Bedingungen wenig oder keine Leistung zu benötigen, im Widerspruch steht.
  • Diese Offenbarung ist auf Schaltungen und Verfahren gerichtet, die es ermöglichen, dass ein Sperrwandler basierend auf Signalen gesteuert wird, die die primärseitige Schaltung von der sekundärseitigen Schaltung über den selben Transformator empfängt, den der Sperrwandler verwendet, um Energie von der primärseitigen Schaltung an die sekundärseitige Schaltung zu übertragen, um eine Last mit Energie zu versorgen. Die von der Sekundärseite empfangenen Signale können einer Vielzahl von Zwecken dienen, um die Steuerung des Sperrwandlers zu unterstützen. Bei einigen Beispielen können die von der Sekundärseite empfangenen Signale den Sperrwandler dazu in die Lage versetzen, ein sekundärseitiges Synchrongleichrichterelement genauer zu steuern, den Ausgangsspannungspegel genauer zu bestimmen, und/oder einen Lastzustand genauer zu bestimmen, und das alles ohne die Verwendung zusätzlicher, elektrisch isolierter Isolationskanäle oder unnötigen Pulsierens oder Burst-Mode-Betriebs, um eine reflektive Spannung an einer Hilfswicklung zu induzieren.
  • Gemäß den Schaltungen und Verfahren dieser Offenbarung ist ein Controller, der in der primärseitigen Schaltung lokalisiert ist, dazu ausgebildet, Energie zu überwachen, die über den Transformator von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung übertragen wird. Der primärseitige Controller ist dazu ausgebildet, den Betrieb des primärseitigen Schaltelements basierend auf der überwachten, von der sekundärseitigen Schaltung übertragenen Energie zu steuern. Der Transformator, der dazu verwendet wird, Energie von der Sekundärseite an die Primärseite zu übertragen, ist der selbe Transformator, der verwendet wird, um Energie von der Energiequelle, die mit der primärseitigen Schaltung gekoppelt ist, an die Last zu übertragen, die mit der sekundärseitigen Schaltung gekoppelt ist.
  • Beispielsweise kann der primärseitige Controller dazu ausgebildet sein, eine Spannung über einer primärseitigen Wicklung des Transformators, einem Strom durch die primärseitige Wicklung des Transformators und eine Spannung über dem primärseitigen Schaltelement (z.B. eine Drain-Source-Spannung des primärseitigen Schaltelements) zu überwachen oder zu "messen" (engl.: "sense"). Wenn der primärseitige Controller eine Änderung der Energie erkennt, die von der sekundärseitigen Schaltung über den Transformator an die primärseitige Schaltung übertragen wird (d.h. basierend auf einem oder mehr von den Spannungen und/oder Strömen, die wie oben beschrieben überwacht werden können), kann der primärseitige Controller das primärseitige Schaltelement dazu veranlassen, den Leitungszustand zu ändern (ein- oder auszuschalten).
  • Gemäß einem konkreten Beispiel kann der primärseitige Controller dazu ausgebildet sein, zu überwachen, ob eine Spannung, die mit dem primärseitigen Schaltelement assoziiert ist (d.h. eine Drain-Source-Spannung), unter einen Schwellenwert abgefallen ist, was darauf hindeutet, dass Energie von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung übertragen wird (z.B. einen Schwellenwert von 0 Volt oder irgendeinem anderen Wert, je nachdem, wie die Schaltung ausgebildet ist) und das primärseitige Schaltelement so zu steuern, dass es als Reaktion auf das Erkennen der negativen Spannung schaltet (z.B. einschaltet). Gemäß diesem Beispiel kann der primärseitige Controller dazu ausgebildet sein, das primärseitige Schaltelement basierend auf einem oder mehr der folgenden Kriterien auszuschalten: Eine Zeit, die abgelaufen ist, seit das primärseitige Schaltelement eingeschaltet wurde (z.B. basierend auf einem Zähler oder einem Takt) oder das Überwachen eines Stroms durch die primärseitige Wicklung des Transformators.
  • Auf diese Weise kann die sekundärseitige Schaltung der primärseitigen Schaltung, ohne einen zusätzlich zu einem Transformator vorhandenen, elektrisch isolierten Signalpfad (d.h. einen Optokoppler, einen zusätzlichen Transformator, ein Riesenmagnetowiderstands-(GMR)-Element, oder dergleichen), eine Information übermitteln (z.B. um das Schalten des primärseitigen Schaltelements zu steuern), um eine Energiemenge, die von der primärseitigen Schaltung an die sekundärseitige Schaltung übertragen wird, zu steuern (z.B. den Schaltbetrieb des primärseitigen Schaltelements zu steuern). Deshalb können die primärseitigen Schaltelemente im Vergleich zu anderen, oben beschriebenen Verfahren mit einer größeren Genauigkeit, geringeren Kosten und geringerer Komplexität gesteuert werden. Die auf diese Weise von der Sekundärseite übertragene Information kann einer Vielzahl von Zwecken dienen, die die Steuerung des Sperrwandlers unterstützen (z.B. ein sekundärseitiges Synchrongleichrichterelement genauer zu steuern, den Ausgangsspannungspegel zu bestimmen, einen Lastzustand zu bestimmen, und dergleichen).
  • Um der primärseitigen Schaltung eine Information zu übermitteln, kann ein sekundärseitiger Controller gemäß den hierin beschriebenen Schaltungen und Verfahren dazu ausgebildet sein, das sekundärseitige Schaltelement, anders als gemäß der oben beschriebenen, typischen Synchrongleichrichtung auf eine Weise zu betreiben, um zu veranlassen, dass Energie von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung in einer Weise übertragen wird, die von dem primärseitigen Controller erkannt werden kann. Wie oben dargelegt kann ein typisches sekundärseitiges Schaltelement synchron zum Schalten des primärseitigen Schaltelements gesteuert werden, so dass das sekundäre Element und das primäre Element sich zur selben Zeit nicht in demselben Zustand (ein oder aus) befinden. Für einen typischen Synchrongleichrichtersperrwandler, wie er ebenso oben dargelegt wurde, schaltet der sekundärseitige Controller das sekundärseitige Schaltelement aus, wenn ein Strom, der mit der Sekundärseite verbunden ist, im Wesentlichen Null erreicht, um sicherzustellen, dass von dem primär- und dem sekundärseitigen Schaltelement nicht beide zur selben Zeit eingeschaltet sind.
  • Im Gegensatz zu einem typischen Synchrongleichrichtersperrwandler, wie er oben beschrieben wurde, der das sekundärseitige Schaltelement immer dann ausschaltet, wenn der sekundärseitige Strom Null erreicht (z.B. während er im diskontinuierlichen oder kritischen Leitungsmodus arbeitet), oder wenn eine Änderung des sekundärseitigen Stroms einem Änderungsschwellenwert oder einem anderen Signal genügt, oder wenn die primärseitigen Gatesignale auf andere Weise von einer Spannung oder einem Strom an der Sekundärseite abgeleitet wurden, muss gemäß den hierin beschriebenen Schaltungen und Verfahren der hierin beschriebene Sperrwandler in einigen Fällen das sekundärseitige Schaltelement nicht dazu veranlassen, jedes Mal dann abzuschalten, wenn eine der vorangehend erwähnten Bedingungen zutrifft. Indem das sekundärseitige Schaltelement unter einer der Bedingungen, während der das sekundärseitige Schaltelement normalerweise ausgeschaltet würde, nicht ausgeschaltet wird, kann der Sperrwandler gemäß den Schaltungen und Verfahren absichtlich herbeiführen, dass Energie von der Sekundärseite an die Primärseite übertragen wird. Anders ausgedrückt kann der Sperrwandler, indem er ein Steuersignal von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite sendet, bewirken, dass Energie von der Sekundärseite gesendet wird, die von dem primärseitigen Controller detektiert und von dem primärseitigen Controller dazu verwendet wird, wie oben beschrieben, einen Schaltbetrieb der Primärseite zu initiieren.
  • Diese Offenbarung beschreibt verschiedene Verfahren zur Steuerung eines sekundärseitigen Schaltelements (d.h. eines Synchrongleichrichtungsschaltelements), um zu bewirken, dass Energie über den Transformator auf eine Weise übertragen wird, die durch die primärseitige Schaltung interpretiert werden kann. Beispielsweise kann das sekundärseitige Schaltelement ausgeschaltet werden und im ausgeschalteten Zustand gehalten werden, wenn der überwachte sekundärseitige Strom Null erreicht und die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers einem Spannungsschwellenwert genügt. Wenn sich beispielsweise die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers bei einer ausreichenden, von einer Last geforderten Spannung befindet (z.B. größer oder gleich einem Spannungsschwellenwert), wenn der überwachte sekundärseitige Strom Null erreicht, schaltet ein sekundärseitiger Controller das sekundärseitige Schaltelement ab.
  • Bei einigen Beispielen kann das sekundärseitige Schaltelement gemäß den hierin beschriebenen Schaltungen und Verfahren, nachdem es ausgeschaltet wurde und die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist, erneut eingeschaltet werden. Beispielsweise, wenn der sekundärseitige Controller, nachdem das sekundärseitige Schaltelement abgeschaltet wird, später feststellt, dass erst die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers auf oder unter eine von der Last benötigte Spannung abgefallen ist (z.B. auf kleiner oder gleich den Spannungsschwellenwert), schaltet der sekundärseitige Controller das sekundärseitige Schaltelement für eine ausreichende Zeit (d.h. ein vorgegebenes Zeitintervall) erneut ein, um zu bewirken, dass Energie von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung übertragen wird (z.B. um der Primärseite den Bedarf der Sekundärseite nach mehr Energie mitzuteilen, um die Spannung am Ausgang zu erhöhen).
  • Gemäß den hierin beschriebenen Schaltungen und Verfahren kann das sekundärseitige Schaltelement bei einigen Beispielen eingeschaltet gehalten und nicht ausgeschaltet werden, wenn der überwachte sekundärseitige Strom Null erreicht, falls, wenn der sekundärseitige Strom Null erreicht, die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers dem Spannungsschwellenwert nicht genügt (z.B. kleiner oder gleich dem Spannungsschwellenwert ist). Beispielsweise kann der sekundärseitige Controller, nachdem der sekundärseitige Strom Null erreicht hat und bevor das primäre Element einschaltet, einige Zeit (d.h. ein vorgegebenes Zeitintervall), nachdem der überwachte sekundärseitige Strom Null erreicht hat, abwarten, bis er das sekundärseitige Schaltelement abschaltet. Die zusätzliche Zeit, die das sekundärseitige Schaltelement abwartet, um abzuschalten, während der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich ist als ein niedrigerer Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere), bewirkt, dass Energie von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung übertragen wird (z.B. um der Primärseite den Bedarf der Sekundärseite an Energie zu signalisieren, um die Spannung am Ausgang zu erhöhen).
  • Auf diese Weise kann der Sperrwandler die sekundärseitige Schaltung so konfigurieren, dass Energie von der Sekundärseite durch den Transformator und zu der Primärseite übertragen wird. Auf diese Weise kann der Sperrwandler eine Steuerungsinformation von der sekundärseitigen Schaltung an die primärseitige Schaltung unter Verwendung eines sekundärseitigen Schaltelements und eines Transformators übertragen, und ohne auf eine zusätzliche, elektrisch isolierte Kommunikationsverbindung angewiesen zu sein, wie sie normalerweise bei anderen Sperrwandlern verwendet wird, um Information zwischen der primärseitigen Schaltung und der sekundärseitigen Schaltung zu übertragen.
  • 1 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein System 1 zur Umwandlung von Leistung von einer Leistungsquelle 2 veranschaulicht, gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 1 zeigt das System 1, das vier separate und verschiedene Komponenten aufweist, die als Energiequelle 2, Leistungswandler 6 und Last 4 gezeigt sind, allerdings kann das System 1 zusätzliche oder weniger Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei der Energiequelle 2, dem Leistungswandler 6 und der Last 4 um vier unterschiedliche Komponenten handeln, oder sie können eine Kombination von einer oder mehreren Komponenten repräsentieren, die die Funktionalität des hierin beschriebenen Systems 1 bereitstellen.
  • Das System 1 enthält eine Energiequelle 2, die das System 1 mit elektrischer Energie versorgt. Es existieren verschiedene Beispiele von Energiequellen und sie können, ohne hierauf beschränkt zu sein, Stromnetze, Generatoren, Transformatoren, Batterien, Solarpanels, Windräder, regenerative Bremssysteme, hydroelektrische oder windgetriebene Generatoren umfassen, oder jede andere Form von Geräten, die dazu in der Lage sind, dem System 1 elektrische Energie zuzuführen.
  • Das System 1 enthält einen Leistungswandler 6, der als Sperrwandler arbeitet, welcher eine Form von elektrischer Leistung, die durch die Leistungsquelle 2 bereitgestellt wird, in eine andere und verwendbare Form von elektrischer Leistung konvertiert, um die Last 4 mit Leistung zu versorgen. Der Leistungswandler 6 ist mit einer Primärseite 7 gezeigt, die durch einen Transformator 22 von der Sekundärseite 5 separiert ist. Bei einigen Beispielen kann der Transformator 22 mehr als einen Transformator oder Sets von Transformatorwicklungen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, Energie von einer Quelle 2 an die Last 4 zu übertragen. Durch die Verwendung des Transformators 22 und der Bauelemente der Primärseite 7 und der Sekundärseite 5 kann der Leistungswandler 6 die an einer Verbindung 8 zugeführte Leistung in eine Ausgangsleistung an der Verbindung 10 wandeln.
  • Die Last 4 (hierin manchmal auch als Gerät 4 bezeichnet) empfängt die durch den Leistungswandler 6 gewandelte elektrische Leistung. Bei einigen Beispielen kann die Last 4 elektrische Leistung von dem Leistungswandler 6 dazu verwenden, eine Funktion auszuführen.
  • Die Leistungsquelle 2 kann elektrische Leistung mit einem ersten Spannungspegel und Strompegel über die Verbindung 8 bereitstellen. Die Last 4 kann über die Verbindung 10 eine durch den Leistungswandler 6 gewandelte elektrische Leistung empfangen, die einen zweiten Spannungs- und Strompegel besitzt. Die Verbindungen 8 und 10 repräsentieren ein beliebiges Mittel, das in der Lage ist, elektrische Leistung von einer Stelle an eine andere zu leiten. Beispiele von Verbindungen 8 und 10 enthalten, ohne hierauf beschränkt zu sein, physikalische und/oder drahtlose elektrische Übertragungsmittel wie beispielsweise elektrische Drähte, elektrische Leiterbahnen, leitende Gasröhren, verdrillte Drahtpaare und dergleichen. Eine jede der Verbindungen 8 und 10 stellt eine elektrische Kopplung zwischen der Leistungsquelle 2 und dem Leistungswandler 6 bzw. dem Leistungswandler 6 und der Last 4 bereit.
  • Bei dem Beispiel des Systems 1 kann elektrische Leistung, die von der Leistungsquelle 2 zugeführt wird, durch den Wandler 6 in eine Leistung gewandelt werden, die einen geregelten Spannungs- und/oder Strompegel besitzt, der den Leistungsanforderungen der Last 4 genügt. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 2 eine Leistung, die an der Verbindung 8 einen ersten Spannungspegel aufweist, ausgeben, und der Leistungswandler 6 kann sie empfangen. Der Leistungswandler 6 kann die Leistung, die den ersten Spannungspegel besitzt, in eine Leistung wandeln, die einen zweiten Spannungspegel besitzt, den die Last 4 benötigt. Der Leistungswandler 6 kann die Leistung, die den zweiten Spannungspegel aufweist, an der Verbindung 10 ausgeben. Die Last 4 kann die gewandelte Leistung, die an der Verbindung 10 den zweiten Spannungspegel aufweist, empfangen, und die Last 4 kann die gewandelte Leistung, die den zweiten Spannungspegel aufweist, verwenden, um eine Funktion auszuführen (z.B. einen Mikroprozessor mit Energie zu versorgen, eine Batterie zu laden, etc.).
  • Während des Betriebs kann der Leistungswandler 6, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die zusätzlichen Figuren ausführlicher beschrieben, den Pegel von Strom und Spannung an der Verbindung 10 durch den Austausch von Information zwischen der Sekundärseite 5 und der Primärseite 7 über den Transformator 22 steuern. Wie hierin beschrieben ist, ist der Wandler 6 dazu ausgebildet, Information von der Sekundärseite 5 über den Transformator 22 an die Primärseite 7 weiter zu geben. In anderen Worten, der Wandler 6 ist, anstelle eine zusätzliche, elektrisch isolierte Kommunikationsverbindung aufzuweisen, wie sie normalerweise von anderen Sperrwandlern verwendet wird, um Information zwischen zwei Seiten eines Sperrwandlers zu übertragen, gemäß einer Möglichkeit, eine Information von der Sekundärseite 5 an die Primärseite 7 zu senden, dazu ausgebildet, Energie über den Transformator 22 zu übertragen, beispielsweise um der Primärseite 7 mitzuteilen, dass die Last 4 zusätzliche Energie von der Quelle 2 benötigt.
  • 2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das als ein Beispiel eines Leistungswandlers 6 des in 1 gezeigten Systems 1 einen Leistungswandler 6A veranschaulicht. Beispielsweise repräsentiert der Leistungswandler 6A gemäß 2 eine ausführlichere beispielhafte Ansicht eines Leistungswandlers 6 des Systems 1 von 1 und der durch die Verbindungen 8 bzw. 10 bereitgestellten elektrischen Verbindungen zu der Leistungsquelle 2 und der Last 4.
  • Der Leistungswandler 6A kann zwei elektrische Bauelemente aufweisen, zum Beispiel eine Steuereinheit 12 und eine Wandlereinheit 14, die der Leistungswandler 6A dazu verwendet, über die Verbindung 8 empfangene elektrische Leistung zu wandeln und an der Verbindung 10 auszugeben. Der Leistungswandler 6A kann mehr oder weniger elektrische Bauelemente aufweisen. Beispielsweise sind bei einigen Beispielen die Steuereinheit 12 und die Wandlereinheit 14 ein einziges elektrisches Bauelement oder eine einzige Schaltung, wohingegen bei anderen Beispielen mehr als zwei Bauelemente und/oder Schaltungen den Leistungswandler 6A mit der Funktionalität der Steuereinheit 12 und der Wandlereinheit 14 bereitstellen. Bei einigen Beispielen ist die Steuereinheit 12 in dem Leistungswandler 6A enthalten, und bei einigen Beispielen repräsentiert die Steuereinheit 12 ein externes Bauteil, das mit dem Leistungswandler 6A assoziiert ist. In jedem Fall kann die Steuereinheit 12, ob als internes Bauelement oder als externes Bauelement, mit der Wandlereinheit 14 kommunizieren, um den Leistungswandler 6A zu veranlassen, die hierin beschriebenen Verfahren zur Wandlung von Leistung von der Quelle 2 und die Ausgabe der Wandlerleistung an die Last 4 auszuführen.
  • Die Wandlereinheit 14 kann als Sperrwandler bezeichnet werden und wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. Allgemein enthält die Wandlereinheit 14 einen Transformator 22 zur Bereitstellung elektrisch isolierter Energieübertragungen zwischen einem Eingangsport, der mit der Verbindung 8 gekoppelt ist, und einen oder Ausgangsport, die mit der Verbindung 10 gekoppelt sind. Der Transformator 22 besitzt primärseitige Wicklungen 24A und sekundärseitige Wicklungen 24B. Obwohl er nur mit zwei Wicklungen 24A und 24B gezeigt ist, kann der Transformator 22 zusätzliche Wicklungen oder Sets von Wicklungen aufweisen. Beispielsweise kann der Transformator 22 auf der Primärseite 7A oder auf der Sekundärseite 5A eine Hilfswicklung aufweisen, um einer primären Logik 30 oder der Steuereinheit 12 eine Spannung oder einen Strom zuzuführen.
  • Die Wandlereinheit 14 ist in zwei Bereiche gegabelt, eine Primärseite 7A und eine Sekundärseite 5A. Der Teil der Wandlereinheit 14, der mit den primärseitigen Wicklungen 24A gekoppelt ist (z.B. ein Vollbrückengleichrichter 32, ein Entkopplungskondensator 34A, eine Primärlogik 30, ein primäres Element 25, Knoten 16A–16C, etc.), bildet die Primärseite 7A der Wandlereinheit 14. Der Teil der Wandlereinheit 14, der mit den sekundärseitigen Wicklungen 24B gekoppelt ist (z.B. ein sekundäres Element 26, ein Ausgangskondensator 34B, Knoten 16D–16F, etc.), bildet die Sekundärseite 5A der Wandlereinheit 14.
  • Die Wandlereinheit 14 enthält einen Transformator 22, ein primäres Element 25, ein sekundäres Element 26, eine Primärlogik 30, Kondensatoren 34A und 34B, und einen Gleichrichter 32. Von dem primären Element 25 und dem sekundären Element 26 repräsentiert ein jedes eine geeignete Kombination von einem oder mehr diskreten Leistungsschaltern, Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), lateralen Leistungstransistoren, Galliumnitrid-(GaN)-High Electron Mobility-Transistoren (HEMT), lateralen Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), anderen Arten von Transistoren, oder Schaltelementen zur Verwendung in einem Sperrwandler. Beispielsweise kann es sich bei dem primären Element 25 und dem sekundären Element 26 jeweils um galliumnitrid-(GaN)- oder siliziumkarbid-basierte Leistungs-HEMTs handeln. Bei einigen Beispielen kann es sich bei dem primären Element 25 und dem sekundären Element 26 jeweils um transistorbasierte Schaltbauelemente handeln, die auf Materialien mit großer Bandlücke (engl.: "wide band gap materials") basieren (z.B. GaN-HEMTs, SiC-MOSFETs oder -JFETs, etc.). Die Wandlereinheit 14 kann zusätzliche Schalter, Kondensatoren, Widerstände, Dioden, Transformatoren und/oder andere elektrische Bauelemente, Elemente oder Schaltungen enthalten, die innerhalb der Wandlereinheit 14 angeordnet sind, um basierend auf einer Eingangsspannung an der Verbindung 8 eine Ausgangsspannung an der Verbindung 10 bereitzustellen.
  • Bei einigen Beispielen kann von den Elementen 25 und/oder 26 ein jedes einen einzelnen diskreten Schalter repräsentieren (z.B. einen planaren Hochspannungs-MOSFET, ein vertikales Bauelement wie beispielsweise ein Superjunction-Bauelement, einen lateralen Leistungstransistor, einen GaN-HEMT, einen lateralen IGBT, etc.). Bei einigen Beispielen kann es sich bei den Elementen 25 und/oder 26 jeweils um ein SIP-Schaltelement handeln (SIP = System-in-Package), das einen diskreten Schalter und einen Treiber innerhalb eines einzigen Gehäuses enthält, oder eine integrierte Schaltung, die Leistungsschalter und Treiber auf einem einzigen Chip enthält (manchmal als "System-on-Chip" oder einfach "SoC" bezeichnet). Bei einigen Beispielen kann es sich bei den Elementen 25 und/oder 26 jeweils um einen GaN-basierten Schalter in Kombination mit einem IC handeln, das eine Einschaltzelle (engl.: "start-up cell") enthält, einen Gatetreiber, eine Strom- und/oder Spannungsmessschaltung, etc. Ein derartiges IC könnte ein monolithisch integrierter Schaltkreis sein und/oder könnte hergestellt sein unter Verwendung eines Hochspannungs-Leistungs-IC-(HV Power IC)-Verfahrens und Technik oder anderen geeigneten Herstellungsprozessen und Verfahren.
  • Die Steuereinheit 12 des Leistungswandlers 6A kann der Wandlereinheit 14 Kommando- und Steuersignale zuführen, um zu steuern, zu welcher Zeit und in welcher Form oder in welchem Ausmaß die Ausgangsspannung diese Wandlereinheit 14 an der Verbindung 10 bereitstellt. Die Steuereinheit 12 kann basierend auf Spannungs- und/oder Strompegeln, die an der Verbindung 10 und einem oder mehreren der Knoten 16D–16F der Sekundärseite 5A der Wandlereinheit 14 detektiert wurden, Treibersignale zur Steuerung des sekundären Elements 26 erzeugen. In anderen Worten, die Steuereinheit 12 kann das sekundäre Element 26 basierend auf den Spannungs- und Strompegeln steuern, die an verschiedenen Teilen der Sekundärseite 5A der Wandlereinheit 14 detektiert wurden.
  • Die Steuereinheit 12 kann jede geeignete Anordnung von Hardware, Software, Firmware oder eine beliebige Kombination hiervon aufweisen, um die der Steuereinheit 12 hierin zugeschriebenen Verfahren auszuführen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 12 einen beliebigen oder mehr Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gatteranordnungen (FPGAs) oder einen beliebigen anderen äquivalenten integrierten oder diskreten Logikschaltkreis ebenso wie beliebige Kombinationen derartiger Bauelemente enthalten. Wenn die Steuereinheit 12 Software oder Firmware enthält, enthält die Steuereinheit 12 außerdem eine beliebige erforderliche Hardware zur Speicherung und Ausführung der Software oder Firmware, wie beispielsweise einen oder mehr Prozessoren oder Recheneinheiten. Allgemein kann eine Recheneinheit einen oder mehr Mikroprozessoren, DSPs, ASICs, FPGAs oder irgendeinen beliebigen anderen äquivalenten integrierten oder diskreten Logikschaltkreis enthalten, ebenso wie Kombinationen derartiger Bauelemente. Auch wenn dies in 2 nicht gezeigt ist, kann die Steuereinheit 12 einen Speicher enthalten, der dazu ausgebildet ist, Daten zu speichern. Der Speicher kann ein beliebiges flüchtiges oder nicht-flüchtiges Medium wie beispielsweise Speicher mit beliebigem Zugriff (RAM = random access memory), einen ausschließlich lesbaren Speicher (ROM = read only memory), und nicht-flüchtiges RAM (NVRAM), ein elektrisch löschbares, programmierbares ROM (EEPROM), Flashspeicher, und dergleichen enthalten. Bei einigen Beispielen kann sich der Speicher außerhalb der Steuereinheit 12 und/oder des Leistungswandlers 6A befinden, er kann sich z.B. außerhalb eines Gehäuses befinden, in dem die Steuereinheit 12 und/oder der Leistungswandler 6A gehäust ist.
  • Die primäre Logik 30 repräsentiert einen Logikblock zur Steuerung des primären Elements 25, indem sie zumindest Energieübertragungen von der Sekundärseite 7 detektiert und das primäre Element 25 als Reaktion auf die detektierten Energieübertragungen steuert. Die Primärlogik 30 kann das primäre Element 25 basierend auf einer Spannung oder einem Strom, der an dem primären Element 25 und/oder den Knoten 16A–16C detektiert wird, aktivieren (engl.: "enable") oder deaktivieren (engl.: "disable"), die/der sich infolge von Energie, die von dem Ausgangskondensator 34B über den Transformator 22 an die Primärseite 7A übertragen wird, ändern kann.
  • Die primäre Logik kann eine oder mehr Zustandsmaschinen (engl.: "state machines"), diskrete Elemente, Treiber oder andere analoge und/oder digitale Logik zur Messung einer Spannung und/oder eines Stroms an irgendeinem der Knoten 16A–16C enthalten, und dazu, das primäre Element 25 zu veranlassen, basierend auf der gemessenen Spannung und/oder den gemessenen Strömen einzuschalten oder auszuschalten. Beispielsweise kann die Sekundärseite 5A der Wandlereinheit 14 Energie durch den Transformator 22 und zur der Primärseite 7A der Wandlereinheit 14 übertragen, woraus eine Spannungs- und/oder Stromänderung an der Primärseite 7A resultiert, was zu einer feststellbaren Änderung in dem primären Element 25 führt. Die primäre Logik 30 kann die Spannungs- und/oder Stromänderung an den Knoten 16A–16C messen, und die Spannungs- und/oder Stromänderung kann die primäre Logik 30 dazu veranlassen, das primäre Element 25 in einen eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand zu steuern.
  • Wenn über diese gesamte Offenbarung hinweg Bezug genommen wird auf ein Schaltelement (z.B. einen Leistungsschalter, MOSFET, IGBT, etc.), werden die Begriffe "schließen", "aktivieren", "einschalten" und dergleichen verwendet, um zu beschreiben, wenn ein Schaltelement Übergänge vom Betrieb in einem ersten Zustand, in dem das Schaltelement in einer Vorwärtsrichtung nicht leitet (beispielsweise einer Vorwärtsrichtung über Drain- und Source-Anschlüsse eines MOSFETs oder auf andere Weise Strom sperrt, übergeht zum Betrieb in einem zweiten Zustand, in dem das Schaltelement leitet und Strom in der Vorwärtsrichtung nicht sperrt. Wenn umgekehrt, wie über diese gesamte Offenbarung hinweg verwendet, Bezug genommen wird auf ein Schaltelement, werden die Ausdrücke "öffnen", "deaktivieren", "ausschalten", "abschalten" und dergleichen verwendet, um zu beschreiben, wenn ein Schaltelement von einem Betrieb in einen zweiten Zustand, in dem das Schaltelement nicht leitet und keinen Strom sperrt, in einem Betrieb in einen ersten Zustand übergeht, in dem das Schaltelement nicht leitet oder auf andere Weise Strom sperrt.
  • Der Ausdruck "cyclen" wird über die ganze Offenbarung hinweg dazu verwendet, um auf Vorgänge zu verweisen, bei denen ein Schaltelement vom Betrieb in einem ersten Betriebszustand zum Betrieb in einem zweiten Betriebszustand und dann wieder zum Betrieb zurück in den ersten Betriebszustand übergeht. Beispielsweise kann ein Schaltelement dadurch anfangen, dass es in einem geschalteten Zustand arbeitet. Das Schaltelement kann cyclen, indem es nach dem Betrieb im eingeschalteten Zustand ausschaltet und dann erneut einschaltet, um den Zyklus zu vervollständigen. Umgekehrt kann ein Schaltelement starten, indem es in einem ausgeschalteten Zustand arbeitet. Das Schaltelement kann cyclen, indem es nach dem Betrieb in dem ausgeschalteten Zustand einschaltet und dann erneut ausschaltet, um den Zyklus zu vervollständigen.
  • Gemäß den Verfahren und Schaltungen dieser Offenbarung kann der Leistungswandler 6A die von der Versorgung 2 empfangene Leistung umwandeln oder anpassen und die umgewandelte oder angepasste Leistung der Last 4 zuführen. Der Leistungswandler 6A kann an der Verbindung 8 eine Spannung empfangen oder einen Strom ziehen und die Spannung oder den Strom an der Verbindung 8 in eine geeignete Spannung oder einen geeigneten Strom der Verbindung 10 wandeln, um die Last 4 mit Energie zu versorgen.
  • Gemäß einer Möglichkeit, das primäre Element 25 zu steuern, um die von der Versorgung 2 empfangene Leistung in eine geeignete Form von Leistung zu wandeln, die von der Last 4 verwendet wird, kann die Steuereinheit 12 den Leistungswandler 6A von der Sekundärseite 5A durch die Übertragung von Energie von der Sekundärseite 5A über den Transformator 22 an die Primärseite 7A steuern. Anders ausgedrückt kann die Steuereinheit 12, trotzdem sie gegenüber der Primärseite 7A isoliert ist, dazu ausgebildet sein, den Leistungswandler 6A von der Sekundärseite 5A aus zu steuern, um beispielsweise die Steuerung des Leistungswandlers 6A von der Sekundärseite 5A aus zu veranlassen.
  • Die Steuereinheit 12 kann das sekundäre Element 26 steuern, so dass dieses zumindest zwei Funktionen ausführt. Die erste Funktion des sekundären Elements 26 besteht darin, eine Synchrongleichrichtung auszuführen. Die zweite Funktion, die mit der Steuereinheit unter Verwendung des sekundären Elements 26 ausgeführt wird, besteht gemäß einem Weg zum Austausch von Information darin, Energie von der Sekundärseite 5A an die Primärseite 7A zu übertragen. Die Arten von Information, die von der Sekundärseite 5A ausgetauscht werden, können einem beliebigen von einer Vielzahl von Zwecken dienen, um die Steuerung des Leistungswandlers 6A zu unterstützen. Beispielsweise kann der Leistungswandler 6A in einigen Fällen auf die Information von der Sekundärseite 5A bauen, um ein sekundärseitiges Synchrongleichrichterelement, das an der Sekundärseite 5A lokalisiert ist, genauer zu steuern. Bei einigen Beispielen kann der Leistungswandler 6A auf die Information von der Sekundärseite 5A bauen, um den Ausgangsspannungspegel an der Verbindung 10 zu bestimmen, um festzulegen, ob er veranlassen soll, dass mehr Energie von der Primärseite 7A an die Sekundärseite 5A übertragen wird. Weiterhin kann der Leistungswandler 6A Bei einigen Beispielen auf die Information von der Sekundärseite 5A bauen, um einen Lastzustand an der Verbindung 10 zu bestimmen, beispielsweise um von einem "Stand-by-Modus", während dem der Leistungswandler 6A eine minimale Leistung benötigt, zu einem Betriebsmodus zu wechseln, während dem der Leistungswandler 6A der Last 4 Leistung zuführt.
  • Um beispielsweise Synchrongleichrichtung von der Sekundärseite 5A aus durchzuführen, kann die Steuereinheit 12 den Betriebszustand des primären Elements 25 basierend auf der Spannung und/oder dem Strom an der Sekundärwicklung 24B bestimmen. Die Steuereinheit 12 kann das sekundäre Element 26 dazu veranlassen, synchron zu arbeiten, und die Betriebszustände abhängig von dem Zustand des primären Elements 25 zu ändern. Die Steuereinheit 12 kann basierend auf der Spannung an der Sekundärwicklung 24B feststellen, wann das primäre Element 25 ausschaltet, und als Reaktion hierauf das sekundäre Element 26 dazu veranlassen, einzuschalten. Die Steuereinheit 12 kann, basierend auf dem Strom an der sekundärseitigen Wicklung 24B bestimmen, wann es das sekundäre Element 26 dazu veranlasst, auszuschalten, bevor das primäre Element 25 erneut einschaltet, so dass sich die Leitungsdauern des sekundären Elements 26 und des primären Elements 25 nicht überlappen.
  • In anderen Worten, die Steuereinheit 12 kann das Einschalten des primären Elements 25 veranlassen. Die Zeit, zu der die primäre Logik 30 an dem primären Element 25 eine Spannung detektiert, die auf oder unter einen Spannungsschwellenwert fällt, kann in Abhängigkeit von der Spannung über dem primären Element 25 variieren, wenn die sekundärseitige Energie an der Primärseite 7A empfangen wird (z.B. kann die Spannung über dem primären Element 25 aufgrund von Spannungsoszillationen höher oder niedriger sein, wenn die sekundärseitige Energie empfangen wird, wobei die Spannung an dem primären Element 25 zwischen 250 V und 550 V oszilliert). Daher kann die Dauer, von dann, wann das sekundäre Element 26 ausgeschaltet wird, um sekundärseitige Energie an die Primärseite 7A zu übertragen, bis wann das primäre Element 25 eingeschaltet wird, variieren. Daher kann der Zeitpunkt, zu dem das sekundäre Element 26 ausschaltet, von einem Schaltzyklus zu einem anderen variieren, selbst wenn das primärseitige Tastverhältnis (engl.: „duty cycle") weitestgehend konstant sein kann. Bei einigen Beispielen kann das Produkt aus Eingangsspannung und Tastverhältnis konstant sein, während das Tastverhältnis selbst variieren kann. Daher kann die Steuereinheit 12 basierend auf dem Strompegel an der Sekundärseite 5A steuern, wann das primäre Element 25 einschaltet.
  • Beispielsweise kann die Steuereinheit 12, nachdem sie das sekundäre Element 26 veranlasst hat, einzuschalten, den Strom an der Sekundärseite 5A überwachen, um zu bestimmen, wann der sekundärseitige Strom einen niedrigen Stromschwellenwert erreicht (z.B. Null Ampere). Als Reaktion auf die Feststellung, dass der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich dem geringen Stromschwellenwert ist (z.B. Null Ampere), kann die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 dazu veranlassen, auszuschalten. Auf diese Weise veranlasst die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 dazu, auszuschalten, bevor das primäre Element 25 erneut einschaltet.
  • Als zweite Funktion kann die Steuereinheit 12 gemäß einer Möglichkeit, Information auszutauschen, das sekundäre Schaltelement 26 dazu veranlassen, Energie von der Sekundärseite 5A an die Primärseite 7A übertragen. Die Steuereinheit 12 kann die zweite Funktion mit dem zweiten Element 26, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, auf eine von zwei Arten ausführen. In jedem Fall überwacht die Steuereinheit 12 die Ausgangsspannung (z.B. die Spannung an dem Ausgangskondensator 34B), um zu bestimmen, wie das sekundäre Element 26 anzusteuern ist.
  • Die Steuereinheit 12 kann Energie auf die erste Art übertragen, wenn das sekundäre Element 26 bereits eingeschaltet ist. Wenn beispielsweise die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 auf eine Weise steuert, die konsistent ist mit Synchrongleichrichtung, kann das sekundäre Element 26 eingeschaltet werden (z.B. bevor die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 als Reaktion auf die Ermittlung eines Stroms mit Pegel Null an der Sekundärseite 5A veranlasst, auszuschalten). Während das sekundäre Element eingeschaltet ist, überwacht die Steuereinheit 12 die Ausgangsspannung (z.B. die Spannung über dem Ausgangskondensator 34B), um zu bestimmen, ob die Energie der Sekundärwicklung 24B oder des Ausgangskondensator 34B knapp wird. Wenn die Ausgangsspannung beispielsweise kleiner als ein von der Last 4 geforderter Spannungsschwellenwert ist, bestimmt die Steuereinheit 12, dass mehr Energie von der Primärseite 7A erforderlich ist. Nach dem Bestimmen, dass mehr Energie von der Primärseite 7A erforderlich ist, sowie als Reaktion auf die Feststellung, dass sich der sekundärseitige Strom bei einem geringen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) befindet, veranlasst die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 dazu, für eine vorgegebene Dauer, nachdem der sekundärseitige Strom unter den geringen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) abfällt, eingeschaltet zu bleiben, anstatt das sekundäre Element 26 dazu zu veranlassen, im Einklang mit einem normalen Synchrongleichrichtersteuerungsentwurf zu veranlassen, auszuschalten. Die Tatsache, dass das sekundäre Element 26, nachdem der sekundärseitige Strom unter Null abgefallen ist, für eine vorgegebene Dauer eingeschaltet gehalten wird, führt dazu, dass Energie von der Sekundärseite 5A an die Primärseite 7A übertragen wird. Die primäre Logik 30 kann den Energieübertrag als Änderung des Spannungspegels an der Primärseite 7A detektieren, und als Reaktion hierauf unverzüglich einen Schaltvorgang mit dem primären Element 25 veranlassen.
  • Die Steuereinheit 12 kann Energie auf die zweite Art übertragen, wenn das sekundäre Element 26 bereits ausgeschaltet ist (z.B. nachdem die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 als Reaktion auf die Ermittlung eines Strompegels von Null an der Sekundärseite 5A, aber bevor das primäre Element während eines nachfolgenden Schaltzyklus erneut einschaltet, veranlasst, auszuschalten). Während das sekundäre Element 26 ausgeschaltet ist, überwacht die Steuereinheit die Ausgangsspannung (z.B. die Spannung über dem Ausgangskondensator 34B), um zu bestimmen, ob die Energie der Sekundärwicklung 24B oder des Ausgangskondensators 34B knapp wird. Wenn die Ausgangsspannung geringer ist, als ein von der Last 4 geforderter Spannungsschwellenwert, stellt die Steuereinheit 12 fest, dass mehr Energie von der Primärseite 7A erforderlich ist. Nach der Feststellung, dass mehr Energie von der Primärseite 7A erforderlich ist und anstatt das sekundäre Element 26 dazu zu veranlassen, ausgeschaltet zu bleiben (z.B. weil der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich dem geringen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere), wie dies die Steuereinheit 12 bei einem normalen Synchrongleichrichter-Entwurf tun würde), veranlasst die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 dazu, (z.B. für eine vorgegebene Dauer) einzuschalten und dann erneut auszuschalten. Das Ein- und Aus-Cyclen (engl.: "cycling on and off") des sekundären Elements 26 für eine vorgegebene Dauer, während sich der sekundärseitige Strom auf unter einem geringen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) befindet, bewirkt, dass Energie von der Sekundärseite 5 an die Primärseite 7A übertragen wird. Die primäre Logik 30 kann den Energieübertrag als Änderung des Spannungspegels an der Primärseite 7A detektieren und als Reaktion hierauf unverzüglich einen Schaltvorgang mit dem primären Element 25 veranlassen.
  • Auch auf diese Weise kann die Steuereinheit 12, anstelle das sekundäre Element 26 lediglich als Reaktion darauf, dass der sekundärseitige Strom einen weniger als oder gleich einem geringen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) erreicht hat, auszuschalten, wie dies bei anderen Sperrwandlern der Fall ist, das sekundäre Element eingeschaltet lassen oder das sekundäre Element 26 ein und aus zu cyclen, während der sekundäre Strom kleiner oder gleich einem geringen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) ist, um zu bewirken, dass eine Information als Energieübertrag über den Transformator 22 von der Sekundärseite 5A an die Primärseite 7A gesendet wird. Die übertragene Information kann, wenn sie durch die primäre Logik 30 an der Primärseite 7A detektiert wird, von der Sekundärseite 5A aus ein Signal zum Initiieren von Leistungswandlungsvorgängen (z.B. während eines Start-up-Zyklus) und/oder zum Veranlassen eines mit dem primären Element 25 verbundenen Schaltvorgangs (z.B. eines Nullspannungsschaltvorgangs) repräsentieren.
  • Die primäre Logik 30 kann das primäre Element 25 von der Sekundärseite 5A aus steuern, indem es zumindest Übertragungen von Energie von der Sekundärseite 5A über den Transformator detektiert. Die primäre Logik 30 kann eine Energieübertragung von der Sekundärseite 5A erkennen, indem sie eine Änderung des Spannungs- und/oder Strompegels an Knoten 16A–16C detektiert.
  • Beispielsweise kann die primäre Logik 30 ein oder mehr Spannungs- oder Strommesselemente enthalten (z.B. einen Differentialverstärker oder eine andere Art von Komparator, einen Messwiderstand oder einen Mess-FET, oder ein anderes Strommesselement), die mit Knoten 16A, 16B und 16C gekoppelt sind, die dazu ausgebildet sind, die Spannung und/oder den Strom über dem primären Element 25 und an den Knoten 16A, 16B und 16C zu detektieren. Die primäre Logik 30 kann die gemessenen Spannungs- und/oder Strompegel an den Knoten 16A–16C mit einem oder mehreren Spannungs- oder Stromschwellenwerten vergleichen. Wenn beispielsweise eine Spannung über dem primären Element 25 zwischen Knoten 16C und 16B unter einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert abfällt, der dazu verwendet wird, Abläufe zu initiieren (z.B. als Reaktion auf das Ein- und Aus-Cyclen des sekundären Elements 26, wenn die Energie an der Sekundärseite 5A gering ist), kann die primäre Logik 30 das primäre Element dazu veranlassen, "ein" zu schalten, oder anfangen, Strom zu leiten. Wenn nach dem Einschalten des primären Elements 25 der Strom durch das primäre Element 25 (z.B. an dem Knoten 16C oder 16B) einen gegebenen Stromschwellenwert überschreitet (z.B. als Hinweis darauf, dass ausreichend Energie von der Primärseite 7A übertragen wurde), kann die primäre Logik das primäre Element 25 dazu veranlassen, "auszuschalten", oder auf andere Weise das Leiten von Strom zu unterlassen.
  • Entsprechend kann die primäre Logik 30 dazu ausgebildet sein, das primäre Element 25 unter Verwendung eines "festen Tastverhältnisses" zu betreiben, indem es das primäre Element 25 einschaltet, wenn die primäre Logik 30 einen ausreichenden Spannungsabfall an dem primären Element 25 detektiert, und bis der Strom einen maximalen Stromschwellenwert überschreitet, der darauf schließen lässt, dass für diesen Zyklus eine ausreichende Energiemenge bei dem Transformator 22 gespeichert ist. In anderen Betriebsmodi (z.B. unter Niedriglastbedingungen) kann ein anderes festes Tastverhältnis verwendet werden, allerdings mit einer kleineren Einschaltzeit. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die primäre Logik 30 notwendigerweise das primäre Element 25 dazu veranlasst, mit einer festen Schaltfrequenz ein- und auszuschalten. Anders ausgedrückt kann nur die Einschaltzeit des primären Elements 25 zwischen Tastverhältnissen konstant bleiben, während die Ausschaltzeit variieren kann. Wenn beispielsweise die Eingangsspannung an der Primärseite 7A variiert, dann kann auch der Primärstrom am Ende des Tastverhältnisses variieren und dementsprechend kann auch die Zeit variieren, die erforderlich ist, um auf der Sekundärseite 5A einen Strom von Null zu erreichen. Daher kann die Ausschaltdauer des primärseitigen Schaltelements 25 variieren.
  • Auf diese Weise ermöglicht es die Steuereinheit 12 dem sekundären Element 26, über seinen herkömmlichen Zweck als Synchrongleichrichterschaltelement hinaus eine Doppelrolle oder einen Doppelzweck anzunehmen. Die Steuereinheit 12 kann nicht nur das sekundäre Element 26 dazu veranlassen, das sekundäre Element 26 im Einklang mit Synchrongleichrichtung einzuschalten, nachdem das primäre Element 25 ausschaltet, die Steuereinheit 12 kann auch das sekundäre Element 26 eingeschaltet halten, oder sie kann das sekundäre Element 26 ein und aus cyclen, wenn der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich Null Volt ist, während das primäre Element 25 ausgeschaltet ist, um zu veranlassen, dass Energie von der Sekundärseite 5A über den Transformator 22 an die Primärseite 7A übertragen wird, was von der primären Logik 30 als von der Steuereinheit 12 gesendeter Befehl interpretiert wird, einen Schaltbetrieb des primären Elements 25 zu initiieren.
  • Bei einigen Beispielen kann die Steuereinheit 12 dazu ausgebildet sein, die Menge an Leistung, die pro Zeiteinheit von der Primärseite 7A an die Sekundärseite 5A gewandelt wird, von der Sekundärseite 5A aus zu variieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 12 festlegen, ob sie das sekundäre Element 26, nachdem der sekundärseitige Strom auf oder unter Null Ampere abgefallen ist, für eine Dauer eingeschaltet lässt. Indem die Steuereinheit 12 die Dauer variiert, für die die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 veranlasst, eingeschaltet zu bleiben, bewirkt sie die Anzahl der Schaltzyklen des primären Elements 25 pro Zeiteinheit.
  • Bei einigen Beispielen kann das primäre Element 25 mit einer hohen Schaltfrequenz (z.B. größer oder gleich ein MHz) ein- und ausgeschaltet werden, und zwar zur selben Zeit, in der die mit dem zweiten Schaltelement 26 verbundene Schaltfrequenz (z.B. die Frequenz, mit der das sekundäre Element ein- und ausgeschaltet wird) niedrig ist (z.B. kleiner oder gleich ein MHz). Bei einigen Beispielen kann die primäre Logik 30 das primäre Element 25 dazu veranlassen, gemäß einem durch das primäre Element 25 detektierten Strompegel und/oder nach einer festen Dauer auszuschalten. Beispielsweise kann die primäre Logik 30 den Strompegel an den Knoten 16B und/oder 16C detektieren. Wenn der Strompegel einem Stromschwellenwert genügt, kann die primäre Logik das primäre Element 25 ausschalten. Wenn der Strompegel anderenfalls den Stromschwellenwert nicht erfüllt, kann die primäre Logik 30 es unterlassen, das primäre Element 25 auszuschalten, und dem primären Element 25 gestatten, eingeschaltet zu bleiben.
  • Bei einigen Beispielen kann die primäre Logik 30, nachdem sie das primäre Element 25 eingeschaltet hat, auf einen Zähler oder ein anderes Zeiterfassungsverfahren bauen, um die Menge an Zeit nachzuvollziehen, die abgelaufen ist, seitdem das primäre Element 25 zuletzt eingeschaltet war. Basierend auf einem vorgegebenen Wert, einem programmierbaren und/oder einem berechneten Wert, kann die primäre Logik 30 ermitteln, ob das primäre Element 25 für eine gewisse Dauer, die größer oder gleich einem Zeitschwellenwert ist, der gleich dem vorgegebenen Wert ist, dem programmierbaren Wert und/oder dem berechneten Wert, eingeschaltet wurde (z.B. basierend auf einer Messung der Spannung über dem Kondensator 34A, die der maximalen Spitzenspannung einer AC-Eingangsspannung mit etwas Abweichung gegenüber der Phase des AC-Eingangs nahe kommen kann).
  • Die primäre Logik 30 kann das primäre Element ausschalten, wenn die primäre Logik 30 bestimmt, dass das primäre Element 25 für eine Dauer eingeschaltet war, die größer oder gleich einem Zeitschwellenwert ist. Das Variieren der Einschaltdauer des primären Elements 25 als Funktion der AC-Eingangsspannung kann sicherstellen, dass der Energiegehalt pro Puls im Wesentlichen konstant bleibt. Oder anders ausgedrückt, wenn das Produkt aus der Spannung über dem Kondensator 34A und dem Tastverhältnis des primären Elements 25 konstant ist, kann dies sicherstellen, dass der Energiegehalt pro Puls des primären Elements 25 im Wesentlichen konstant bleibt.
  • Bei einigen Beispielen kann die Steuereinheit 12, wenn die Steuereinheit 12 feststellt, dass die Ausgangsspannung an der Verbindung 10 der gewünschten Ausgangsspannung der Last 4 genügt, bestimmen, dass die Sekundärseite 5A keine zusätzliche Energie von der Primärseite 7A anfordern muss, um die gewünschte Ausgangsspannung aufrecht zu erhalten. In diesem Fall kann die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 dazu veranlassen, auszuschalten, wenn der Strompegel durch das sekundäre Element 26 den Wert eines minimalen Stromschwellenwerts (z.B. Null Ampere) erreicht, und es unterlassen, bis zu oder nach einem nachfolgenden Schaltzyklus des primären Elements 25 erneut einzuschalten.
  • Bei einigen Beispielen kann eine primäre Aufgabe einer Steuereinheit darin bestehen, darauf zu warten, das sekundäre Element 26 im letztmöglichen Moment auszuschalten, bevor der Strom durch den Kanal des sekundären Elements 26 auf den minimalen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) abfällt. Das Abwarten bis zum letzten möglichen Zeitpunkt, bevor der Strom den minimalen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) erreicht, um das sekundäre Element 26 abzuschalten, kann die Steuereinheit 12 dazu in die Lage versetzen, Synchrongleichrichtung mit dem höchsten Wirkungsgrad auszuführen.
  • Dementsprechend stellt der Sperrwandler gemäß den hierin beschriebenen Schaltungen und Verfahren einem sekundärseitigen Controller eine Möglichkeit zur Verfügung, Information mit der Primärseite auszutauschen, ohne auf einen Kommunikationskanal zu bauen, der mit einem oder mehreren Optokopplern oder anderen Arten von isolierten Datenkopplern, die die Isolierung zwischen der Primär- und Sekundärseite des Sperrwandlers erhalten, ausgestattet ist. Stattdessen baut der Sperrwandler einfach auf ein sekundäres oder Synchrongleichrichter-("SR")-Schaltelement und die inhärente elektrische Charakteristik der Sperrwandlertopologie, um den Sperrwandler vollständig von der Sekundärseite aus zu steuern.
  • 3 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Leistungswandler 6B als zusätzliches Beispiel eines Leistungswandlers 6 des in 1 gezeigten Systems veranschaulicht. Beispielsweise repräsentiert der Leistungswandler 6B gemäß 3 eine detaillierte beispielhafte Ansicht des Leistungswandlers 6 des Systems 1 von 1 und die durch die Verbindungen 8 bzw. 10 bereitgestellten, elektrischen Verbindungen zu der Leistungsquelle 2 und der Last 4.
  • Die Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B ist mit der Versorgung 2 an der Verbindung 8 gekoppelt, sowie mit der Primärwicklung 24 des Transformators 24, und sie enthält einen Gleichrichter 32, einen Kondensator 34A, eine primäre Logik 30A, und ein primäres Element 25. Die Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B ist an die Last 4 bei einer Verbindung 10 gekoppelt, und an die Sekundärwicklung 24B des Transformators, und sie enthält einen Ausgangskondensator 34B, eine Steuereinheit 12A, und ein sekundäres Element 26.
  • In 3 ist die primäre Logik 30A ein Beispiel der primären Logik 30 gemäß 2. Die primäre Logik 30A enthält eine Start-up-Zelle und einen Verarmungs-MOS 40 ("MOS" 40), eine Zustandsmaschine 44, eine Unterspannungsaussperreinheit (UVLO) (engl.: „under voltage lock-out unit“) 42A (z.B. eine elektronische Schaltung, die dazu verwendet wird, die Leistung der Zustandsmaschine 44 in dem Fall abzuschalten, in dem die Spannung über UVLO 42A unter einen Betriebsschwellenwert abfällt), einen Treiber 46A, und eine Strommesseinheit 48A. Bei einigen Beispielen kann die primäre Logik 30A einen optionalen Komparator 56 aufweisen. Allgemein kann die primäre Logik 30A (einschließlich der Elemente 40, 42A, 46A, 48A und dem optionalen Element 56) dazu ausgebildet sein, die Funktionalität der primären Logik 30 gemäß 2 auszuführen (z.B. einen Spannungs- oder Strompegel an einem oder mehreren Knoten 16A–16C zu detektieren und basierend auf dem detektierten Spannungs- oder Strompegel das primäre Element 25 dazu zu veranlassen, einzuschalten oder auszuschalten).
  • Die Zustandsmaschine 44 der primären Logik 30A kann ein Treibersignal an dem Treiber 46A ausgeben, um zu bewirken, dass das primäre Element 25 zu verschiedenen Zeiten einschaltet oder ausschaltet. Obwohl sie als Zustandsmaschine beschrieben wurde, repräsentiert die Zustandsmaschine 44 jede geeignete Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software zur Bereitstellung eines Treibersignals an dem Treiber 46A gemäß den hierin beschriebenen Verfahren.
  • Die Zustandsmaschine 44 kann basierend auf Spannungs- und/oder Strommessungen, die über dem primären Element 25 und anderen Teilen der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B genommen wurden, von einem Betriebszustand in den nächsten übergehen. Das Treibersignal, das die Zustandsmaschine 44 an den Treiber 46A ausgibt, hängt ab von dem gegenwärtigen Betriebszustand der Zustandsmaschine 44. Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 44 ein Strommesssignal von der Strommesseinheit 48A enthalten, das eine Änderung der Polarität und/oder der Stärke des durch das primäre Element 25 übertragenen Stroms repräsentiert. Die Änderung der Polarität und/oder der Stärke des Stroms kann die Zustandsmaschine 44 dazu veranlassen, einen Leistungswandlungsbetrieb der Primärseite 7B des Wandlers 6B zu initiieren und den Betrieb in einem anfänglichen Zustand aufzunehmen. In diesem anfänglichen Zustand kann die Zustandsmaschine 44 ein Treibersignal an den Treiber 46A ausgeben, das den Treiber 46A veranlasst, das primäre Element 25 auszuschalten.
  • Die Steuereinheit 12A ist ein Beispiel einer Steuereinheit 12 gemäß 2. Die Steuereinheit 12A enthält eine Zustandsmaschine 50, eine Unterspannungsaussperreinheit (UVLO) 42B (z.B. eine elektronische Schaltung, die dazu verwendet wird, die Leistung der Zustandsmaschine 50 in dem Fall abzuschalten, in dem die Spannung über UVLO 42B unterhalb einen Betriebsschwellenwert abfällt), einen Treiber 46B, und eine Strommesseinheit 48B. Bei einigen Beispielen kann die Steuereinheit 12A optionale Komparatoren 52A–52C (gemeinschaftlich "Komparatoren 52") enthalten. Allgemein kann die Steuereinheit 12A gemäß 3, die die Elemente 42B, 46B, 48B, 50 und 52A–52C enthält, dazu ausgebildet sein, das sekundäre Element 26 zu steuern, um zwei Funktionen auszuführen. Erstens kann die Steuereinheit 12A das sekundäre Element 26 von der Sekundärseite 5B aus im Einklang mit Synchrongleichrichterverfahren steuern. Zweitens kann die Steuereinheit 12A, gemäß einer Möglichkeit, der Primärseite 7B eine Information zusenden, die die Primärlogik 30A triggert, um das primäre Element 25 einzuschalten, und das sekundäre Element 26 so ansteuern, dass es dieses veranlasst, Energie von der Sekundärseite 5B über den Transformator an die Primärseite 7B zu übertragen.
  • Die Zustandsmaschine 50 der Steuereinheit 12 kann ein Treibersignal an den Treiber 46B ausgeben, um das sekundäre Element 26 dazu zu veranlassen, zu verschiedenen Zeiten einzuschalten oder auszuschalten. Auch wenn sie als Zustandsmaschine beschrieben wurde, repräsentiert die Zustandsmaschine 50 jede geeignete Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software, um das Treibersignal gemäß den hierin beschriebenen Verfahren dem Treiber 46B zuzuführen.
  • Die Zustandsmaschine 50 kann von einem Betriebszustand in den nächsten übergehen basierend auf Spannungs- und/oder Strommessungen, die über dem zweiten Element 26 und anderen Teilen der Sekundärseite 5B genommen wurden (z.B. der Last 4, der Sekundärwicklung 24B, etc.). Das Treibersignal, das die Zustandsmaschine 50 an den Treiber 46 ausgibt, hängt ab von dem gegenwärtigen Betriebszustand der Zustandsmaschine 50. Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 50 einen Spannungspegel der Verbindung 10 und über der Last 4 basierend auf verschiedenen Spannungskomparatorsignalen ableiten, die von den Komparatoren 52 empfangen wurden. Wenn der Spannungspegel an der Verbindung 10 unter einen gegebenen Schwellenwert absinkt, kann die Zustandsmaschine 50 starten und beginnen, in einem anfänglichen Zustand zu arbeiten. Während sie in dem anfänglichen Zustand arbeitet und wenn der sekundärseitige Strom kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert ist (z.B. Null Ampere), kann die Zustandsmaschine 50 ein Treibersignal an den Treiber 46B ausgeben, was den Treiber 46B dazu veranlasst, das sekundäre Element 26 für eine vorgegebene Dauer einzuschalten und das sekundäre Element 26 wieder auszuschalten, um Energie als Information an die Primärseite 7B des Wandlers 6B zu übertragen, um einen Schaltvorgang von der Sekundärseite 5B aus zu initiieren.
  • Strommesseinheiten 48A und 48B repräsentieren Module (z.B. und eine Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software) zur Messung eines Strompegels an dem Ausgang (z.B. dem Drainterminal) des primären Elements 25 bzw. des sekundären Elements 26. Die Komparatoren 52 und 56 können eine Differenz zwischen den betreffenden Spannungs- und/oder Stromeingangswerten (engl.: "inputs") messen und ein Ausgangssignal erzeugen, das die Differenz zwischen den beiden Eingangswerten repräsentiert. Die Zustandsmaschinen 44 und 50 können von den Komparatoren 52 und 56 und/oder den Strommesseinheiten 48A und 48B Ausgaben (z.B. Signale) empfangen, um zu bestimmen, ob an die Treiber 46A bzw. 46B ein Treibersignal ausgegeben wird oder nicht.
  • Es sind Referenzpfeile gezeigt, die die Richtung eines positiven Stromflusses an der Primär- und Sekundärseite des Leistungswandlers 6B anzeigen. Beispielsweise zeigt die Bezeichnung IPRI die Richtung des positiven Stromflusses aus der Primärwicklung 24A an der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B an. Die Bezeichnung ISIC zeigt die Richtung des positiven Stromflusses in die und aus der Primärwicklung 24B an der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B an.
  • Bei einigen Beispielen können die Zustandsmaschine 50 und die Zustandsmaschine 44 gemäß Verfahren dieser Offenbarung dazu ausgebildet sein, gemäß einem "Master-/Slave-"-Verhältnis und -Steuerungsentwurf zu arbeiten, um den Leistungswandler 6B dazu zu veranlassen, Leistung auszugeben, die einen Spannungs- oder Strompegel aufweist, der auf einem Spannungs- oder Strompegel der Leistungszufuhr von der Versorgung 2 basiert. Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 50 der Steuereinheit 12 bestimmen, wann die Sekundärseite 5B mehr Energie von der Primärseite 7B benötigt. Auf die Feststellung, dass die Sekundärseite 5B zusätzliche Energie benötigt, kann die Zustandsmaschine 50 das sekundäre Element 26 in einer solchen Weise steuern, dass dies eine Übertragung von Energie von dem Ausgangskondensator 34B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B bewirkt. Die Übertragung der Energie kann durch die Zustandsmaschine 44 als eine Form von Kommunikation mit der Zustandsmaschine 50 interpretiert werden, die nicht auf irgendeine zusätzliche Form von externem Kommunikationskanal (z.B. einem externen Kommunikationskanal, der mit einem Optokoppler etc. ausgestattet ist) baut. Als Reaktion auf die Energieübertragung von der Sekundärseite 5B und der resultierenden Änderung der Spannung über dem primären Element 25 kann die Zustandsmaschine 44 Leistungswandleroperationen des Wandlers 6B initiieren. Von daher kann die Zustandsmaschine 44 als "Slave" wirken, der auf die von der "Master"-Zustandsmaschine 50 empfangene Information antwortet.
  • Bei einigen Beispielen können die Zustandsmaschine 50 und die Zustandsmaschine 40 gemäß den Verfahren dieser Offenbarung dazu ausgebildet sein, gemäß einem asynchronen Steuerungsentwurf zu arbeiten, um den Leistungswandler 6B zu veranlassen, Leistung auszugeben, die einen Spannungs- oder Strompegel aufweist, der von der Last 4 verwendbar ist und der auf einem Spannungs- oder Strompegel einer Leistungszufuhr von der Versorgung 2 basiert. In anderen Worten, die Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B kann irgendeine sekundärseitige Steuerung und primärseitige Steuerung ausführen. Die Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B kann auf die von der Sekundärseite 5B ausgeführte Steuerung der Primärseite reagieren.
  • Die 4A und 4B zeigen Flussdiagramme, die Beispieloperationen von Primärseiten 7A oder 7B eines der Leistungswandler 6A oder 6B gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Die 5A–5C sind Flussdiagramme, die Beispieloperationen von Sekundärseiten 5A oder 5B von einem der Leistungswandler 6A oder 6B gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die 4A, 4B und 5–5C nachfolgend im Kontext des Leistungswandlers 6B gemäß 3 und des Systems 1 von 1 beschrieben. Beispielsweise zeigen die 4A und 4B Operationen 102–130, die durch die primäre Logik 30A des Leistungswandlers 6B ausgeführt werden können. Die 5A–5C veranschaulichen Operationen 202–242, die durch die Steuereinheit 12A des Leistungswandlers 6B ausgeführt werden.
  • Ein jedes der Flussdiagramme der 4A, 4B und 5A–5C repräsentiert lediglich ein Beispielset von Operationen, die durch den Leistungswandler 6B ausgeführt werden, und es können zusätzliche Operationen verwendet werden. Beispielsweise können diverse Zeitverzögerungsoperationen, die nicht gezeigt sind, eingeführt und an der Primärseite 7B oder der Sekundärseite des Leistungswandlers 6B ausgeführt werden, um die Wirtschaftlichkeit, die Robustheit oder die Zuverlässigkeit der Leistungswandlung zu verbessern.
  • Eine jede der 4A, 4B und 5A–5C enthält einen oder mehrere schwarze Kreise, die weißen Text (z.B. "pS1", "p2", "sS1", "sS2", "s2", etc.) enthalten. Jeder dieser schwarzen Kreise identifiziert eine Stelle eines in den 4A, 4B und 5A–5C gezeigten Flussdiagramms mit einem Namen, der durch den weißen Text angegeben ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden diese Stellen in der nachfolgenden Beschreibung der Betrachtung der verschiedenen, in den 6–11 gezeigten Zeitablaufsdiagramme in Bezug genommen.
  • Wie in 4A gezeigt ist, enthalten die Operationen der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B eine "primäre Start-up-Sequenz", die Operationen 102–108 enthält. 4A zeigt, dass die primäre Logik 30A einschließlich des primären Treibers 46A einschalten kann (104), sobald die Leistungsquelle 2 dem Wandler 6B Leistung zuführt (102). In anderen Worten, die primäre Logik 30A einschließlich des Treibers 46A startet, um dem Treiber zu gestatten, dass er mit dem Steuern des primären Elements 25 gemäß der von der Zustandsmaschine 44 übertragenen Information zu steuern beginnen kann. Beispielsweise kann eine Start-up-Schaltung einschließlich des Elements 40 den Treiber 46A laden, sobald die Leistung von der Versorgung 2 den Kondensator 34A lädt. Wenn die Spannung an dem Treiber 46A einen Spannungsschwellenwert erreicht, kann die Zustandsmaschine 40 zumindest einen ersten, einen zweiten und einen dritten Timer zurücksetzen, der mit der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B assoziiert ist (108). Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 44 die dem Treiber 46 von einem Pufferkondensator des Elements 40 zugeführten Spannung als Teil der Start-up-Schaltung messen und bestimmen, ob die Spannung einem Spannungsschwellenwert genügt. Wenn die Spannung dem Spannungsschwellenwert nicht genügt (106), kann die Zustandsmaschine 44 warten, bis der Treiber 46A bereit ist, das primäre Element 25 zu steuern. Wenn jedoch die Spannung dem Spannungsschwellenwert genügt (108), kann die Zustandsmaschine 44 das Ausführen der primären Start-up-Sequenz beenden, indem sie den mit der Primärseite 7B assoziierten ersten, zweiten und dritten Timer auf jeweilige vorgegebene Werte zurücksetzt.
  • Bei einigen Beispielen kann von den ersten, zweiten und dritten Timern ein jeder abhängig davon, ob der Leistungswandler 6B einen "Start-up"-Zyklus durchläuft oder sich in einem normalen Betrieb befindet, auf einen anderen vorgegebenen Wert einstellen. Beispielsweise kann der dritte Timer während des Start-ups auf einen vorgegebenen Wert zurückgesetzt werden, und während des normalen Betriebs auf einen anderen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Wann die Zustandsmaschine die Ausführung der primären Start-up-Sequenz vervollständigt, ist in 4A als Stelle "pS1" gekennzeichnet.
  • Von den ersten, zweiten und dritten Timern kann ein jeder Verfahren zur Einführung jeweiliger Zeitverzögerungen in die Durchführung der Operationen durch die Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B repräsentieren. Beispielsweise kann der erste Timer mit einer Maximaldauer korrespondieren, für die die Zustandsmaschine 44 das primäre Element 45 veranlasst, eingeschaltet zu bleiben, um den Transformator 22 mit Energie von der Versorgung 2 zu versorgen. Die zweiten und dritten Timer können einer Minimaldauer bzw. einer Maximaldauer entsprechen, für die die Zustandsmaschine 44 das primäre Element 25 dazu veranlasst, ausgeschaltet zu bleiben (z.B. während die Steuereinheit 12 der Sekundärseite 5B das sekundäre Element 26 dazu verwendet, Synchrongleichrichtung auszuführen, oder die Steuereinheit 12 das sekundäre Element 26 nach der Feststellung, dass die Spannung über dem Ausgangskondensator 34B hoch genug ist, um die Anforderungen der Last 4 an der Verbindung 10 zu erfüllen, veranlasst, auszuschalten).
  • Die Operationen der Primärseite 7B können außerdem eine "Regelschleife" enthalten, die Operationen 110–120 enthält. Nach der Vervollständigung der primären Start-up-Sequenz kann die Zustandsmaschine 44 das primäre Element 25 einschalten und den ersten Timer inkrementieren (110). Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 44 ein Treibersignal an den Treiber 46A ausgeben, das bewirkt, dass der Treiber 46A das primäre Element 25 einschaltet. Durch das Einschalten des primären Elements 25 kann die primäre Wicklung 24A an dem Knoten 16C einen Primärstrom ("IPRI") ausgeben, und der Transformator 22 kann anfangen, Energie zu speichern.
  • Die Zustandsmaschine 44 kann periodisch überprüfen, ob der erste Timer abgelaufen ist (z.B. ob der mit dem ersten Timer verbundene Timerwert einem Timerschwellenwert entspricht oder diesen übersteigt), oder ob der Strom an dem primären Element 25 einem Stromschwellenwert genügt (112), um zu bestimmen, ob ausreichend Zeit verstrichen ist, um der Energie von der Versorgung 2 zu erlauben, dass sie bei dem Transformator 22 gespeichert wird. Wenn die Zustandsmaschine 44 feststellt, dass der erste Timer nicht abgelaufen ist und dass der Strom nicht größer oder gleich einem maximalen Stromschwellenwert ist, kann die Zustandsmaschine 44 damit weitermachen, den Treiber 46 zu veranlassen, das primäre Element 25 einzuschalten und fortsetzen, den ersten Timer periodisch zu inkrementieren (110). Wenn die Zustandsmaschine 44 feststellt, dass der erste Timer abgelaufen ist oder dass der Strom größer oder gleich einem maximalen Stromschwellenwert ist, kann die Zustandsmaschine 44 den Treiber 46A dazu veranlassen, das primäre Element 25 abzuschalten (114). In anderen Worten, die Zustandsmaschine 44 kann Bei einigen Beispielen die Primärseite 7B dazu veranlassen, das Laden des Transformators 22 zu beenden und das primäre Element 25 auszuschalten, wenn die Zustandsmaschine 44 feststellt, dass ein Timer abgelaufen ist, was anzeigt, dass ausreichend Energie von der Leistungsversorgung 2 übertragen worden ist. Bei einigen Beispielen kann die Zustandsmaschine 44 die Primärseite 7B dazu veranlassen, das Laden des Transformators 22 zu beenden und das primäre Element 25 abzuschalten, wenn die Zustandsmaschine 44 feststellt, dass der Primärstrom durch das primäre Element 25 einen Pegel aufweist, der anzeigt, dass der Transformator wahrscheinlich vollständig mit ausreichend Energie versorgt werden muss. Wann die Zustandsmaschine 44 bestimmt, dass entweder der erste Timer abgelaufen ist, oder dass der Primärstrom bei oder gleich einem maximalen Stormschwellenwert ist, ist in 4A als Stelle "p2" bezeichnet.
  • Nach dem Energetisieren des Transformators 22 kann die Zustandsmaschine 44 den zweiten und dritten Timer inkrementieren (116), bis der zweite Timer abläuft. Wenn der zweite Timer abläuft, kann die Zustandsmaschine 44 bestimmen, dass die minimale Dauer verstrichen ist, die die Sekundärseite 5B für die zuvor von der Primärseite 7B über den Transformator 22 übertragene Energie benötigt. In anderen Worten, die Zustandsmaschine 44 kann das primäre Element 25 dazu veranlassen, für eine minimale Dauer (entsprechend dem zweiten Timer) ausgeschaltet zu bleiben, um der Steuereinheit 12 ausreichend Zeit zu geben, um das sekundäre Element zu steuern, um eine Synchrongleichrichtung durchzuführen und die von dem Transformator 22 empfangene Energie zu verbrauchen. Wenn der mit der Primärseite 7B assoziierte zweite Timer abläuft, kann die Zustandsmaschine 44 Operationen 120 durchführen, um die Hauptregelschleife zum Betrieb der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B zu verlassen (118).
  • Wie in 4B gezeigt ist, enthalten die Operationen 120 Unteroperationen 122–130, die die Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B ausführen kann, nachdem der mit der Primärseite 7B assoziierte zweite Timer abläuft. Die Zustandsmaschine 44 kann bestimmen, ob die Primärseite 7B basierend auf der primären Spannung oder dem primären Strom an dem primären Element 25, ein Signal (z.B. in Form von Energie, die über den Transformatorkern übertragen wurde?) von der Sekundärseite 5B empfangen hat, das anzeigt, dass die Sekundärseite 5B zusätzliche Energie von der Versorgung 2 anfordert. Eine derartige Anforderung nach Energie kann ein Steuersignal enthalten, das anzeigt, dass das primäre Element eingeschaltet werden sollte.
  • Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 44 die Primärspannung (z.B. detektiert durch den Komparator 56) messen, und/oder den Primärstrom (z.B. detektiert durch die Strommesseinheit 48A) an dem primären Element 25, und feststellen, ob der Primärstrom kleiner oder gleich ist einem minimalen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere), oder ob die Primärspannung kleiner oder gleich einem minimalen Spannungsschwellenwert (z.B. Null Volt) ist (122). Die Zustandsmaschine 44 kann einen Primärspannungsabfall unter den minimalen Spannungsschwellenwert und/oder einen Primärstromabfall unter den minimalen Stromschwellenwert als Übertragung von Energie interpretieren, die eine Information repräsentiert, die von der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B durch den Transformator 22 und zu der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B ausgetauscht wird. Die Zustandsmaschine 44 kann einen derartigen Spannungs- oder Stromabfall als Anfrage von der Sekundärseite 5B (z.B. der Steuereinheit 12) interpretieren, zusätzliche Energie von der Versorgung 2 zu senden.
  • Auf das Detektieren einer derartigen Primärspannung unterhalb des minimalen Schwellenwerts und/oder eines Primärstroms unterhalb des minimalen Stromschwellenwerts kann die Zustandsmaschine 44 den mit der Primärseite 7B assoziierten ersten, zweiten und dritten Timer zurücksetzen (124), und die Ausführung der mit der Primärseite 7B assoziierten Regelschleifenoperationen vervollständigen. Wann die Zustandsmaschine 44 die Anfrage von der Sekundärseite 5B detektiert, mehr Energie von der Versorgung 2 zu senden, ist in 4B mit Stellen "p1" und "p4" gekennzeichnet.
  • Wenn die Zustandsmaschine 44 keine Anfrage (z.B. als Energieübertragung) von der Sekundärseite 5B nach zusätzlicher Energie von der Versorgung 2 empfängt, kann die Zustandsmaschine 44 feststellen, ob der dritte Timer abgelaufen ist (126). In anderen Worten, die Zustandsmaschine 44 kann feststellen, ob die maximale Dauer, die die Sekundärseite 5B benötigt, um die an die Sekundärseite 5B übertragene Energie zu aufzubrauchen, abgelaufen ist, seit das primäre Element 25 zuletzt ausgeschaltet war. Die maximale Dauer kann verwendet werden, wenn der Leistungswandler 6B im Burst-Modus arbeitet (z.B. wenn der Wandler 6B "schläft" und keine Schaltoperationen durchführt, um den Bezug von der Versorgung 2 zu minimieren) und/oder als Möglichkeit, den Wandler 6B daran zu hindern, dass er nach dem Abschalten des primären Elements 25 nie neu startet.
  • Auf die Feststellung, dass das primäre Element 25 für die maximale Dauer abgeschaltet wurde, kann die Zustandsmaschine 44 die mit der Primärseite 7B assoziierten ersten, zweiten und dritten Timer zurücksetzen (128). Anderenfalls kann die Zustandsmaschine 44 den dritten Timer (130) inkrementieren und damit weiter machen, das primäre Element 25 zu veranlassen, ausgeschaltet zu bleiben, bis entweder die Spannung oder der Strom an dem primären Element 25 unter den entsprechenden minimalen Schwellenwert abfällt, oder die maximale Ausschaltdauer abgelaufen ist. Wann die Zustandsmaschine 44 feststellt, dass das primäre Element 25 für eine maximale Dauer abgeschaltet wurde, ist in 4B mit Stellen "p3" und "p5" gekennzeichnet.
  • Wie in 5A gezeigt ist, können die Operationen der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B eine "sekundäre Start-up-Sequenz" enthalten, die Operationen 202–206 enthält. 5A zeigt, dass die Zustandsmaschine 50 der Steuereinheit 12 dem Treiber 46B, nachdem die Leistungsversorgung 2 dem Leistungswandler 6B Leistung zuführt (z.B. durch Übertragen einer Spannung und/oder eines Stroms über die Verbindungen 8 und an die Eingänge des Leistungswandlers 6B) (202), befehlen kann, das sekundäre Element 26 abzuschalten. Die Zustandsmaschine 50 kann zumindest einen mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierten ersten und zweiten Timer zurücksetzen (204). In anderen Worten, die Zustandsmaschine 50 kann den ersten und zweiten Timer auf vorgegebene Werte zurücksetzen.
  • Von den mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierten ersten und zweiten Timern kann ein jeder Verfahren zur Einführung jeweiliger Zeitverzögerungen in die Ausführungen der Operationen durch die Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B repräsentieren. Beispielsweise kann der mit der Sekundärseite 5B assoziierte erste Timer der maximalen Dauer entsprechen, für die die Steuereinheit 12A, das sekundäre Element 26 veranlasst, eingeschaltet zu sein. Der mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierte zweite Timer kann der maximalen Dauer entsprechen, für die die Steuereinheit 12A das sekundäre Element 26 veranlasst, ausgeschaltet zu sein.
  • Die Zustandsmaschine 50 kann Eingangssignale von der Strommesseinheit 48B, den Komparatoren 52A–52B, etc. empfangen. Die Zustandsmaschine 50 der Steuereinheit 12 kann bestimmen, ob der Strom an dem sekundären Element 26 ("ISEC") größer ist, als ein minimaler Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere), und die Spannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich einem minimalen Spannungsschwellenwert (z.B. Null Volt) ist (206). Falls nicht, kann die Zustandsmaschine 50 damit weitermachen, in der sekundären Start-up-Sequenz zu arbeiten und periodisch überprüfen, ob der Strom an dem sekundären Element 26 größer ist, als der minimale Stromschwellenwert, und ob die Spannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich dem minimalen Spannungsschwellenwert ist. Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 50 der Steuereinheit 12A den Sekundärstrom basierend auf einem Ausgangssignal von dem Strommesser 48B messen. Die Zustandsmaschine 50 kann die Spannung über dem sekundären Element 26 basierend auf dem Ausgangssignal von einem oder mehreren der Komparatoren 52A–52C bestimmen. Die Periode der fortgesetzten Ausführung durch die Steuereinheit 12A der sekundären Start-up-Sequenz ist in 5A als Stelle "sS1" gekennzeichnet.
  • Wenn jedoch die Zustandsmaschine 50 feststellt, dass der Strom an dem sekundären Element 26 größer ist, als der minimale Stromschwellenwert und die Spannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich dem minimalen Spannungsschwellenwert ist (206), kann die Zustandsmaschine 50 die Ausführung der sekundären Start-up-Sequenz vervollständigen. Wann die Zustandsmaschine 50 die Ausführung der sekundären Start-up-Sequenz vervollständigt, ist in 5A als Stelle "sS2" bezeichnet. Es ist auch die Stelle "sS2", wann die Zustandsmaschine 50 feststellt, dass das primäre Element 25 ausgeschaltet hat.
  • Die mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierten Operationen können eine Regelschleife enthalten, die Operationen 208–216 enthält. Auf die Vervollständigung der mit der Sekundärseite 5B assoziierten Start-up-Sequenz und nachdem das primäre Element 25 ausgeschaltet hat, kann die Zustandsmaschine 50 das sekundäre Element 26 im Einklang mit Synchrongleichrichtung einschalten (208). Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 50 ein Treibersignal an den Treiber 46B ausgeben, das bewirkt, dass der Treiber 46B das sekundäre Element 26 einschaltet. Während das sekundäre Element 26 eingeschaltet ist, kann die Zustandsmaschine 50 den sekundärseitigen Strom ISEC und die Spannung über dem Ausgangskondensator 34B überwachen, um erstens zu bestimmen, ob sie das sekundäre Element 26 im Einklang mit Synchrongleichrichtung ausschaltet, und zweitens, ob und wann sie der Primärseite 7B den Bedarf nach mehr Energie an der Sekundärseite 5B signalisiert. Das heißt, ob sie den Bedarf nach mehr Energie entweder dadurch signalisiert, dass sie das sekundäre Element 26 für eine vorgegebene Dauer, nachdem der Sekundärstrom auf oder unter einen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) fällt, eingeschaltet hält, oder ob sie das sekundäre Element 26 erneut ein- und aus-cycled, nachdem sie das sekundäre Element 26 bereits abgeschaltet hat, nachdem der Sekundärstrom auf oder unter den Stromschwellenwert abgefallen war, um eine Energieübertragung an die Primärseite 7B zu bewirken, um den Bedarf nach mehr Energie an der Sekundärseite 5B zu signalisieren.
  • Die Zustandsmaschine 50 der Steuereinheit 12A kann von der Strommesseinheit 48B eine Information empfangen, die die Stärke des durch das sekundäre Element 26 fließenden Stroms angibt, wenn das sekundäre Element 26 eingeschaltet ist. Die Zustandsmaschine 50 kann periodisch bestimmen, ob der Strom an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich dem minimalen Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere) ist (210). Wann die Zustandsmaschine 50 feststellt, ob der Sekundärstrom kleiner oder gleich dem minimalen Stromschwellenwert ist, ist in 5A mit der Stelle s6 angegeben.
  • Im Einklang mit Synchrongleichrichtung kann die Zustandsmaschine 50, wenn der Strom nicht kleiner oder gleich dem minimalen Stromschwellenwert ist, damit weitermachen, das sekundäre Element einzuschalten. Wenn allerdings der sekundäre Strom an dem sekundären Element kleiner oder gleich dem minimalen Stromschwellenwert ist, kann die Zustandsmaschine 50 bestimmen, ob von der Primärseite 7B zusätzliche Energie angefordert werden soll, indem sie ermittelt, ob die Ausgangsspannung kleiner oder gleich einer gewünschten Ausgangsspannung (z.B. fünf Volt) ist (212).
  • Wenn die Ausgangsspannung größer ist, als die gewünschte Ausgangsspannung, kann die Zustandsmaschine 50 darauf schließen, dass die Sekundärseite 5B über ausreichend Energie verfügt, um die Anforderungen der Last 4 zu erfüllen, und sie kann die Ausführung der Operationen der Regelschleife vervollständigen, indem sie die Operationen 214 (im Einklang mit Synchrongleichrichtung) durchführt, ohne zusätzliche Energie von der Primärseite 7B anzufordern. Wenn jedoch die Ausgangsspannung kleiner oder gleich der gewünschten Ausgangsspannung ist, kann die Zustandsmaschine 50 darauf schließen, dass die Sekundärseite 5B nicht über ausreichend Energie verfügt, um die Anforderungen der Last 4 zu erfüllen, und sie kann die Ausführung der mit der Sekundärseite 5B assoziierten Regelungsschleife vervollständigen, indem sie Operationen 216 ausführt, um zusätzliche Energie von der Primärseite 7B anzufordern. Wann die Zustandsmaschine 50 bestimmt, dass die Ausgangsspannung kleiner oder gleich der gewünschten Ausgangsspannung ist, ist in 5A mit der Stelle s3 angegeben, und wann die Zustandsmaschine 50 bestimmt, dass die Ausgangsspannung nicht kleiner oder gleich der gewünschten Ausgangsspannung ist, ist in 5A mit der Stelle s7 angegeben.
  • 5B zeigt Operationen 218–226, die die in 5A gezeigten Operationen 216 bilden. Die Zustandsmaschine 50 kann den mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierten ersten Timer zurücksetzen (218) und das sekundäre Element 26 im Einklang mit Synchrongleichrichtung von der Sekundärseite 5B aus ausschalten (220). Die Zustandsmaschine 50 kann von den Komparatoren 52A–52C Informationen empfangen, um zu festzustellen, ob die Ausgangsspannung (z.B. die Spannung über dem Kondensator 34B) kleiner oder gleich der gewünschten Spannung ist, und weiterhin festzustellen, ob die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich der Ausgangsspannung ist (222). Wenn das Erfordernis der Operation 222 zutrifft, kann die Zustandsmaschine 50 die Steuerung des sekundären Elements 26 initiieren, um Informationen über den Transformator 22 an die Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B zu übertragen, um die Primärseite 7B zu veranlassen, über den Transformator 22 mehr Energie von der Quelle 2 zu senden. Um Energie von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B zu übertragen, kann die Zustandsmaschine 50 das sekundäre Element 26 einschalten (224) und Operationen 214 gemäß 5A ausführen. Wann die Zustandsmaschine 50 das ein- und aus-cyclen des sekundären Elements 26 initiiert, ist in 5B mit der Stelle s7 angegeben.
  • Wenn das Erfordernis der Operation 222 nicht zutrifft (z.B. die Ausgangsspannung nicht kleiner oder gleich der gewünschten Spannung und die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 nicht kleiner oder gleich der Ausgangsspannung ist), kann die Zustandsmaschine 50 feststellen, dass keine zusätzliche Energie von der Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B erforderlich ist, um die gewünschte Ausgangsspannung aufrecht zu erhalten, und sie kann festlegen, ob sie die Ausführung der mit der Sekundärseite 5B assoziierten Regelschleifenoperationen vervollständigt. Die Zustandsmaschine 50 kann feststellen, ob der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26 größer ist, als ein minimaler Stromschwellenwert (z.B. Null Ampere), und ob die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich einem minimalen Spannungsschwellenwert ist (z.B. Null Volt) (226). Wenn das Erfordernis der Operation 226 wahr ist, kann die Zustandsmaschine 50 die Ausführung der mit der Sekundärseite 5B des Wandlers 6B assoziierten Regelschleifenoperationen vervollständigen. Anderenfalls kann die Zustandsmaschine 50 damit weitermachen, das sekundäre Element 26 auszuschalten (220), und erneut auswerten, ob die Ausgangsspannung kleiner oder gleich der gewünschten Ausgangsspannung ist, und ob die Sekundärspannung kleiner oder gleich der Ausgangsspannung ist (222). Wann die Zustandsmaschine 50 feststellt, dass der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26 größer ist, als der minimale Stromschwellenwert, und dass die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich dem minimalen Spannungsschwellenwert ist, ist in 5B mit der Stelle s8 gekennzeichnet.
  • 5C zeigt Unteroperationen 228–242, die die in 5A gezeigten Operationen 214 bilden. Die Unteroperationen 228–232 repräsentieren die Vervollständigung des Ein- und Áus-Cyclens des sekundären Elements 26, um zu bewirken, dass eine Information (z.B. Energie) von der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B an die Primärseite 7B übertragen wird, um der Primärseite 7B zu signalisieren, dass die Sekundärseite 5B mehr Energie benötigt.
  • Nach dem Inkrementieren des mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierten ersten Timers (228) kann die Zustandsmaschine 50 feststellen, ob der erste Timer abgelaufen ist oder ob der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich einem maximalen negativen Stromschwellenwert ist (230). Der maximale negative Stromschwellenwert korrespondiert mit einem negativen Strompegel, wie er typischerweise von der Zustandsmaschine 50 wahrgenommen wird, wenn Strom durch die Bodydiode des sekundären Elements 26 fließt und die Spannung über dem sekundären Element 26 näherungsweise gleich dem Vorwärtsspannungsabfall der Bodydiode (z.B. –0,7 V) ist. In anderen Worten, die Zustandsmaschine 50 kann feststellen, ob der Strom durch die Bodydiode des sekundären Elements 26 und der Vorwärtsspannungsabfall der Bodydiode dergestalt sind, dass das sekundäre Element 26 wieder ausschalten kann, um den Energietransfer von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B zu vervollständigen. Wenn die Zustandsmaschine 50 feststellt, dass ein Erfordernis der Operation 230 nicht erfüllt ist, kann die Zustandsmaschine 50 den ersten Timer periodisch inkrementieren, bis eines der Erfordernisse erfüllt ist.
  • Sobald ein Erfordernis erfüllt ist, kann die Zustandsmaschine 50 das Ein- und Aus-Cyclen des sekundären Elements 26 vervollständigen, und sie kann die Übertragung von Energie von der Sekundärseite an die Primärseite 7B vervollständigen, indem sie den ersten Timer zurücksetzt und das sekundäre Element 26 ausschaltet (232). Wann die Zustandsmaschine 50 das Ein- und Aus-Cyclen des sekundären Elements 26 vervollständigt, um die Übertragung von Energie von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B zu beenden, ist in 5C mit der Stelle s5 gekennzeichnet.
  • Die Zustandsmaschine 50 kann den mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierten zweiten Timer inkrementieren (234). Um festzustellen, wann das primäre Element 25 die Übertragung von Energie von der Quelle über den Transformator 2 beendet hat, kann die Zustandsmaschine 50 auswerten, ob der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26 eine positive Polarität besitzt (z.B. größer als ein minimaler Stromschwellenwert von Null Ampere), oder ob die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 eine negative Polarität besitzt (z.B. kleiner oder gleich einem minimalen Spannungsschwellenwert von Null Volt) (236).
  • Wenn die Bedingung der Operation 236 zutrifft, kann die Zustandsmaschine 50 die Ausführung der mit der Sekundärseite 5B des Wandlers 6B assoziierten Regelschleifenoperationen vervollständigen. Die Zustandsmaschine 50 kann darauf schließen, dass wenn ein Sekundärstrom positiv ist oder anderweitig einen minimalen Stromschwellenwert übersteigt, wenn die Sekundärspannung negativ oder anderweitig kleiner oder gleich einem minimalen Spannungsschwellenwert ist, dass sich ausreichend Energie von der Primärseite 7B an dem Transformator 22 aufgebaut hat und bereit ist, an der Sekundärseite 5B freigegeben zu werden. Wann die Zustandsmaschine 50 feststellt, dass der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26 positiv oder auf andere Weise größer oder gleich dem minimalen Stromschwellenwert ist und dass die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 negativ oder auf andere Weise kleiner oder gleich dem minimalen Spannungsschwellenwert ist, ist in 5B mit der Stelle s2 gekennzeichnet.
  • Wenn jedoch die Bedingung der Operation 236 nicht zutrifft, kann die Zustandsmaschine 50 feststellen, ob die Ausgangsspannung kleiner oder gleich der gewünschten Ausgangspannung (z.B. Fünf Volt) ist, ob die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 kleiner oder gleich der Ausgangsspannung ist, und ob der mit der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B assoziierte zweite Timer abgelaufen ist (240). Wenn zumindest eine der Bedingungen der Operation 240 nicht zutrifft, kann die Zustandsmaschine 50 den zweiten Timer inkrementieren und eine Operation 236 ausführen, um zu bestimmen, ob sie die Ausführung der Regelschleifenoperationen der Sekundärseite 5B vervollständigt. Wenn jede der Bedingungen der Operation 240 zutrifft, kann die Zustandsmaschine 50 den zweiten Timer zurücksetzen und das sekundäre Element 26 einschalten (242), und Operationen 228 bis 230 auszuführen (gemäß 5C), um zu bestimmen, ob sie die Ausführung der Regelschleifenoperationen der Sekundärseite 5B vervollständigt. Die Stelle s1 gemäß 5C zeigt, wann eine oder mehrere der Bedingungen der Operationen 240 nicht zutrifft, und die Stelle s9 veranschaulicht, wann jede der Bedingungen der Operation 240 zutrifft.
  • Bei einigen Beispielen kann die Zustandsmaschine 50 den mit der Sekundärseite 5B assoziierten ersten Timer variieren, um die Energiemenge zu variieren, die von der Sekundärseite 5B an die Primärseite 7B übertragen wird. Bei einigen Beispielen kann die Zustandsmaschine 50 zwei oder mehr simultane Energieübertragungen ausführen, um eine weitere Veränderung der an die Primärseite 7B übertragenen Energiemenge anzuzeigen. In jedem Fall kann die von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B des Leistungswandlers 6B übertragene Energie die Zustandsmaschine 44 dazu veranlassen, das mit dem primären Element 25 assoziierte Tastverhältnis zu ändern (z.B. als Funktion der durch die Zustandsmaschine 50 am Ausgang des Wandlers 6B ermittelten Lastmenge). Beispielsweise kann die Sekundärseite 5B bei einigen "leichten" oder Niedriglastbedingungen Energie an die Primärseite 7B senden, um die Zustandsmaschine 44 zu veranlassen, das Tastverhältnis des primären Elements 25 zu verringern, um sicherzustellen, dass weniger Energie pro Zeiteinheit an die Sekundärseite 5B übertragen wird. Beispielsweise kann die Primärseite 7B auf zwei Spannungsschwellenwerte bauen. Wenn die Spannung über dem primären Element 25 den ersten Spannungsschwellenwert übersteigt (z.B. Null Volt oder eine mit dem primären Element 25 assoziierte negative Clamping-Spannung), dann kann die Primärseite 7B normale Schaltoperationen ausführen und einschalten, um eine normale Energiemenge an die Sekundärseite 7B zu übertragen. Wenn jedoch die Spannung den zweiten Spannungsschwellenwert (z.B. 20 V) übersteigt, dann kann die Primärseite 7B modifizierte Schaltoperationen ausführen und einschalten, um eine kleinere als die normale Energiemenge an die Sekundärseite 7B zu übertragen.
  • Bei einigen Beispielen können die durch die Treiber 46A und 46B erzeugten Treibersignale zum Einschalten oder Ausschalten des sekundären Elements 26 bzw. des primären Elements 25 eine feste Anzahl von Pulsen pro Paket enthalten (z.B. 1, 2, 3, ..., N, N + 1). Bei einigen Beispielen verwenden die Treibersignale eine veränderliche Anzahl von Pulsen pro Paket in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung.
  • Bei einigen Beispielen kann die mit der Primärseite 7B des Wandlers 6B assoziierte primäre Start-up-Sequenz eine Start-up-Sequenz enthalten, bei der zuerst ein Kondensator geladen wird, der den Gatetreiber des primären Elements 25 versorgt. Das primäre Element 25 kann mit einem festen Tastverhältnis betrieben werden (z.B. einen Festfrequenzbetrieb besitzen). Die Start-up-Sequenz kann vervollständigt werden, sobald die Ausgangsspannung an der Sekundärseite 5B einen gewünschten Ausgangsspannungsschwellenwert erreicht. Sobald diese Spannung einmal etabliert ist, kann der Gatetreiber des primären Elements 25 an der Primärseite 7B von einer Hilfswicklung des Transformators 22 (nicht gezeigt) eine Spannung empfangen oder einen Strom ziehen, und ein vollständiger sekundärseitiger Betrieb, der mit Synchrongleichrichtung assoziiert ist, die das sekundäre Element 26 verwendet, kann beginnen. Die Steuereinheit 12A an der Sekundärseite 5B kann von der Ausgangsspannung versorgt werden, oder über einen DC/DC-Wandler oder über lineare Spannungsregler.
  • Bei einigen Beispielen kann der Leistungswandler 6B veränderliche Ausgangsspannungen aufweisen, die von der Steuereinheit 12A der Sekundärseite 5B gesteuert oder auf andere Weise geregelt werden. Bei einigen Beispielen kann die Ausgangsspannung zwischen einem fünf Volt- und einem 12 Volt-Betrieb variieren.
  • Bei einigen Beispielen kann das sekundäre Element 26 basierend auf der Höhe des durch die Bodydiode des sekundären Elements 26 fließenden Stroms eingeschaltet werden. Bei einigen Beispielen kann das sekundäre Element 26 basierend darauf eingeschaltet werden, ob eine Spannung über den Lastanschlüssen (z.B. den Drain- und Sourceanschlüssen) des sekundären Elements 26 oder eine Spannung an der sekundärseitigen Wicklung 24B des Transformators 22 unter einen bestimmten Spannungsschwellenwert abfällt. Das sekundäre Element 26 kann basierend auf der Höhe des Stroms durch das sekundäre Element 26 abgeschaltet werden (z.B. Ausschalten des sekundären Elements 26, sobald der Strom unter einen Stromschwellenwert abfällt). Bei einigen Beispielen kann ein Timer, der auf eine feste Dauer nach dem Einschalten des sekundären Elements 26 eingestellt ist, verwendet werden, um festzustellen, wann das sekundäre Element 26 auszuschalten ist. Die feste Dauer kann aus der Ausgangsspannung berechnet werden, und sie kann umgekehrt proportional zu der Ausgangsspannung variiert werden.
  • Bei einigen Beispielen, wird auf der Sekundärseite 5B durch die Steuereinheit 12A ein mit dem Sekundärstrom assoziierter Nullstromübergang detektiert, und das sekundäre Element 26 kann als Reaktion auf den Nullstromdurchgang und nach einer Zeitverzögerung abgeschaltet werden (z.B. kann es sich bei der Zeitverzögerung um eine Dauer handeln, die umgekehrt proportional zur Ausgangsspannung ist).
  • Die Dauer kann eine feste Verzögerungszeit sein, während der eine Nullspannungsschalt-(ZVS = Zero Voltage Switching)-Operation des primären Elements 25 durchgeführt werden kann. Die ZVS-Operation, die am untersten Limit der Ausgangsspannung erzielt wird, kann für einige Leistungswandler mit fester Ausgangsspannung vorteilhaft sein. Beispielsweise kann der Leistungswandler 6B seinen Wirkungsgrad verbessern, indem er ZVS-Verfahren als eine Möglichkeit durchführt, die Energiemenge zu verringern, die der Leistungswandler 6B verwendet, um Schaltoperationen durchzuführen. Die Schaltverluste, die an dem primären Element 25 während des Übergangs vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand auftreten, können am geringsten sein, wenn die Spannung über dem primären Element 25 näherungsweise Null ist. Allgemein können Sperrwandler wie der Leistungswandler 6B Energie sparen, indem sie ihre primären Elemente veranlassen, während eines Nullspannungszustandes einzuschalten, was den Wirkungsgrad erhöht. Andere Sperrwandler führen typischerweise ZVS von der Primärseite aus durch, indem sie mit einem primären Controller die Spannung und/oder den Strom an dem primären Element messen, und das primäre Element veranlassen, einzuschalten, wenn der primäre Controller feststellt, dass ein Nullspannungszustand an dem primären Schalter auftritt (z.B. wenn sich die mit dem primären Schalter assoziierte Drain-Source-Kapazität auf ihrem niedrigsten Pegel befindet). Im Unterschied zu anderen Sperrwandlern kann der Leistungswandler 6B gemäß den hierin beschriebenen Verfahren und Schaltungen so betrieben werden, dass die Steuereinheit 12 von der Sekundärseite 5A aus ZVS initiiert, indem sie Informationen an die Primärseite 7A und die primäre Logik 30 überträgt, indem sie Energie über den Transformator 22 überträgt.
  • In jedem Fall kann der Energieübertrag von der Sekundärseite 5A zur Erzielung eines verbesserten Wirkungsgrad des ZVS die primäre Logik 30 dazu veranlassen, das primäre Element 25 einzuschalten, wenn die Spannung über dem primären Element 25 auf oder unter Null Volt abfällt. Das heißt, das Einschalten des primären Elements 25, wenn die Spannung über dem primären Element 25 kleiner oder gleich Null Volt ist, kann die Höhe des Wirkungsgrads, die aufgrund des Einschaltens des primären Elements 25 verloren geht, verringern. Sobald beispielsweise die Spannung über dem primären Element 25 unter Null Volt abfällt, schaltet die Bodydiode des primären Elements 25 ein und klemmt die Spannung über dem primären Element 25 auf eine mit der Bodydiode assoziierte Klemmspannung (z.B. –0,7 V). Aufgrund der bei der Klemmspannung geklemmten Spannung kann die Spannung nicht weiter abfallen. Da das Einschalten des primären Elements genau dann, wenn die Spannung über dem primären Element exakt bei Null Volt liegt, avanciertes Timing erfordert und für die meisten Anwendungen unpraktisch ist (z.B. zu teuer), kann es zum Erzielen von ZVS ausreichend sein, das primäre Element 25 zum Einschalten zu veranlassen, sich die Spannung bei ihrer Klemmspannung befindet.
  • Bei einigen Beispielen kann der Leistungswandler 6B mehr als eine Ausgangsstufe aufweisen. Beispielsweise kann die Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B mehr als eine Ausgangsstufe aufweisen, von der der Leistungswandler 6B verschiedene Ausgangsspannungen oder eine nachfolgende DC-DC-Wandlung unter Verwendung multipler Ausgangsstufen bereitstellen kann.
  • Obwohl die Verfahren hauptsächlich in Bezug auf eine Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B beschrieben sind, die Energie an die Primärseite 7B überträgt, kann die Primärseite 7B Energie an die Sekundärseite 5B unter Verwendung ähnlicher Techniken übertragen. Beispielsweise kann der Leistungswandler 6B, indem er das primäre Element 25 ein- und aus-cycled, um einen Energietransfer von der Primärseite 7B durch den Transformator und an die Sekundärseite 5B zu veranlassen, über den Transformator 22 eine Kommunikationsverbindung zwischen der Zustandsmaschine 44 an der Primärseite 7B und der Zustandsmaschine 50 bei der Sekundärseite 5B aufbauen. In anderen Worten, die Primärseite 7B kann eine bestimmte Energiemenge an die Sekundärseite 5B übertragen, die eine Änderung der Spannung oder des Stroms an der Sekundärseite 5B hervorruft, was durch die Zustandsmaschine 50 als Signal interpretiert wird, an der Sekundärseite 5B eine Funktion auszuführen.
  • Die 6–11 sind Zeitverlaufsdiagramme, die Spannungs- und Stromcharakteristika von jedem der Beispiel-Leistungswandler veranschaulichen, während sie die Operationen der 4A, 4B und 5A–5C gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausführen. Jede der 6–11 enthält multiple Spannungs- und Stromkurven, die verschiedene Spannungs- und Strompegel bei unterschiedlichen Teilen des Leistungswandlers 6B zeigen, wenn Operationen durch die Zustandsmaschinen 44 und 50 ausgeführt werden, an den Stellen sS1, sS2, s1–s9, pS1, und p1–p5 der Flussdiagramme der 4A, 4B und 5A–5C. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die 6–11 nachfolgend im Kontext des Leistungswandlers 6B gemäß 3 beschrieben.
  • 6 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Spannungs- und Stromcharakteristika des Leistungswandlers 6B gemäß 3 während eines Beispielbetriebs des Leistungswandlers 6B im stationären Zustand gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 6 zeigt Kurven 604–616, von denen jede andere Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6B eines Betriebs des Leistungswandlers 6B in einem stationären Zustand repräsentiert. Die Kurven 604–616 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
  • Die Kurven 604 und 606 zeigen die Gate- oder Treibersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) der Elemente 25 bzw. 26. Die Kurven 612 und 616 zeigen den Primärspannungs- und den Primärstrompegel an dem primären Element 25, und die Kurven 610 und 614 zeigen den sekundären Spannungs- und den sekundären Strompegel an dem sekundären Element 26. Die Kurve 608 zeigt die Ausgangsspannung (z.B. den Spannungspegel an der Verbindung 10 und über dem Kondensator 34B) des Leistungswandlers 6B, wenn sich der Primärspannungs- und -strompegel an dem primären Element 25 und der Sekundärspannungs- und -strompegel an dem sekundären Element 26 während des stationären Betriebs des Leistungswandlers 6B mit der Zeit ändern.
  • Beispielsweise zeigt die Kurve 606 ganz links, dass die Gatespannung an dem sekundären Element 26 bei s2 „high“ geht, nachdem die in der Kurve 604 gezeigte Gatespannung an dem primären Element 25 „low“ wird, was im Einklang mit Synchrongleichrichtung steht. Bei s3 beginnt der in 614 gezeigte Strom ohne unter Null Ampere abzufallen und die Gatespannung an dem sekundären Element 26 wird, im Einklang mit Synchrongleichrichtung, „low“. Weil die durch die Kurve 608 gezeigte Ausgangsspannung unter einen gewünschten Ausgangsspannungswert abfällt, geht die in der Kurve 606 gezeigte Gatespannung an dem sekundären Element 26 bei s4 zurück auf „high“, um eine Übertragung von Energie von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B zu initiieren. Die in der Kurve 606 gezeigte Gatespannung an dem sekundären Element 26 bleibt „high“, bis der Sekundärstrom gemäß Kurve 604 den minimalen Stromschwellenwert erreicht (z.B. den Punkt, an dem die Bodydiode des sekundären Elements 26 leitet). Dies vervollständigt die Übertragung von Energie von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B, wie dies in Kurve 616 bei s5 gezeigt ist, wo der Primärstrom in das primäre Element 25 unverzüglich negativ wird und die Spannung über dem primären Element 25 ebenfalls negativ wird. Bei s5 bewirken der negative Primärstrom und/oder die negative Spannung über dem primären Element 25, dass das primäre Element 25 einschaltet und beginnt, Energie von der Primärseite 7B zu übertragen.
  • Etwas rechts von der Mitte der Kurve 606 zeigt die Kurve 606 erneut, wie die Gatespannung an dem sekundären Element 26 bei s2 auf „high“ geht, nachdem die in Kurve 604 gezeigte Gatespannung an dem primären Element 25 „low“ wird, was im Einklang mit Synchrongleichrichtung steht. Bei s7 beginnt der in 614 gezeigte sekundärseitige Strom, auf oder unter Null Ampere abzufallen. Anstatt dass die Gatespannung an dem sekundären Element 26 im Einklang mit Synchrongleichrichtung „low“ wird, bleibt die Gatespannung an dem sekundären Element 26 bei s7 „high“. Die Gatespannung bei s7 bleibt „high“, weil die durch Kurve 608 gezeigte Ausgangsspannung unter den gewünschten Ausgangsspannungsschwellenwert abfällt. Das Halten der Gatespannung des sekundären Elements 26 auf „high“, wenn der sekundärseitige Strom unter Null Ampere abfällt, was nicht im Einklang mit Synchrongleichrichtung steht, bewirkt, dass Energie über den Transformator 22 von der Sekundärseite 5B an die Primärseite 7B übertragen wird. Die in Kurve 606 gezeigte Gatespannung an dem sekundären Element 26 bleibt „high“, bis der Sekundärstrom gemäß Kurve 614 den minimalen Stromschwellenwert bei s5 erreicht (z.B. der Punkt, bei dem die Bodydiode des sekundären Elements 26 leitet). Dies vervollständigt die Übertragung von Energie von der Sekundärseite 5B über den Transformator 22 an die Primärseite 7B, was in Kurve 616 bei s5 gezeigt ist, wo der Primärstrom in das primäre Element 25 unverzüglich negativ wird und die Spannung über dem primären Element 25 ebenfalls negativ wird. Bei s5 bewirken der negative Primärstrom und/oder die negative Spannung über dem primären Element 25, dass das primäre Element 25 einschaltet und beginnt, Energie von der Primärseite 7B zu übertragen.
  • 7 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Spannungs- und Stromcharakteristika des Leistungswandlers 6B gemäß 3 und eines Beispiel-Start-up-Betriebs gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 7 zeigt Kurven 704–716, von denen jede unterschiedliche Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6B repräsentiert. Die Kurven 704–716 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
  • Die Kurven 704 und 706 zeigen die Gate- oder Treibersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) der Elemente 25 bzw. 26. Die Kurven 712 und 716 zeigen die Primärspannungs- und Primärstrompegel bei dem primären Element 25, und die Kurven 710 und 714 veranschaulichen die Sekundärspannungs- und Sekundärstrompegel bei dem sekundären Element 26. Die Kurve 708 zeigt die Ausgangsspannung (z.B. den Spannungspegel an der Verbindung 10 und über dem Kondensator 34B) des Wandlers 6B, wenn sich die Primärspannungs- und -strompegel an dem primären Element 25 und die Sekundärspannungs- und -strompegel an dem sekundären Element 26 während eines Beispiel-Start-up-Betriebs des Leistungswandlers 6B mit der Zeit ändern. Der Start-up des Treibers 46A und der Start-up der anderen Bauelemente der Primärseite 7B des Wandlers 6B mit Ausnahme des primären Elements 26 kann vor dem Start-up des in 7 gezeigten Einschaltbetriebs auftreten.
  • 8 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das Spannungs- und Stromcharakteristika des Leistungswandlers 6B gemäß 3 während eines Beispielbetriebs des Leistungswandlers 6B veranschaulicht, bei dem das Ein- und Aus-Cyclen des sekundären Elements 26 ein unzureichendes Tastverhältnis aufweist (z.B. das Cyclen des sekundären Elements 26 endet vor dem Ablauf des mit der Sekundärseite 5B assoziierten ersten Timers), gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 8 zeigt Kurven 804–816, von denen jede unterschiedliche Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6B repräsentiert. Die Kurven 804–816 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
  • Die Kurven 804 und 806 zeigen die Gatesteuersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) der Elemente 25 bzw. 26. Die Kurven 812 und 816 zeigen die Primärspannungs- und die Primärstrompegel bei dem primären Element 25, und die Kurven 810 und 814 veranschaulichen die Sekundärspannungs- und die Sekundärstrompegel bei dem sekundären Element 26. Die Kurve 808 zeigt die Ausgangsspannung (z.B. den Spannungspegel an der Verbindung 10 und über dem Kondensator 34B) des Wandlers 6B, wenn sich die Primärspannungs- und -strompegel an dem primären Element 25 und die Sekundärspannungs- und -strompegel an dem sekundären Element 26 mit der Zeit ändern. 8 zeigt, dass auf der Sekundärseite 5B eine Überspannung erzeugt werden kann, wenn die Dauer des mit der Sekundärseite 5B assoziierten ersten Timers zu kurz ist.
  • 9 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das Spannungs- und Stromcharakteristika des Leistungswandlers 6B gemäß 3 während eines Beispielbetriebs des Leistungswandlers 6B veranschaulicht, bei dem die Primärseite 7B eine Anfrage von der Sekundärseite 5B oder das Einschalten eines primären Elements verpasst, gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 9 zeigt Kurven 904–916, von denen jede andere Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6B repräsentiert. Die Kurven 904–916 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
  • Die Kurven 904 und 906 zeigen die Gate- oder Treibersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) der Elemente 25 bzw. 26. Die Kurven 912 und 916 zeigen den Primärspannungs- und den Primärspannungspegel an dem primären Element 25, und die Kurven 910 und 914 veranschaulichen die Sekundärspannungs- und Sekundärstrompegel bei dem sekundären Element 26. Die Kurve 908 zeigt die Ausgangsspannung (z.B. den Spannungspegel an der Verbindung 10 und über dem Kondensator 34B) des Wandlers 6B, wenn sich die Primärspannungs- und Strompegel an dem primären Element 25 und die Sekundärspannungs- und Strompegel an sekundären Element 26 mit der Zeit ändern. 9 zeigt, was geschieht, wenn die Primärseite 7B eine Anfrage von der Sekundärseite 5B nach einem Einschalten des primären Elements versäumt und der mit der Primärseite 7B assoziierte zweite Timer abläuft. 9 zeigt auch, dass der gleichzeitigen Ablauf des mit der Primärseite 7B assoziierten zweiten Timers und des mit der Sekundärseite 5B assoziierten zweiten Timers verhindert durch Vergleichen der Sekundärspannung an dem sekundären Element 26 mit der Ausgangsspannung werden kann, wenn die Ausgangsspannung kleiner oder gleich der gewünschten Ausgangsspannung ist. Ein derartiger Vergleich kann verhindern, dass das primäre Element 25 und das sekundäre Element 26 eingeschaltet werden, ohne auf irgendwelche zusätzlichen Kommunikationsverbindungen oder -kanäle außerhalb des Transformators 22 zu bauen, um die Kommunikation zwischen einem sekundärseitigen Controller und einem primärseitigen Controller zu ermöglichen.
  • 10 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das Spannungs- und Stromcharakteristika des Leistungswandlers 6B gemäß 3 während eines Beispielbetriebs des Leistungswandlers 6B veranschaulicht, bei dem die Primärseite 7B eine Anfrage von der Sekundärseite 5B oder das Einschalten eines primären Elements versäumt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 10 zeigt Kurven 1004–1016, von denen jede verschiedene Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6B repräsentiert. Die Kurven 1004–1016 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
  • Die Kurven 1004 und 1006 zeigen die Gate- oder Treibersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) des Elements 25 bzw. 26. Die Kurven 1012 und 1016 zeigen die Primärspannungs- und die Primärstrompegel bei dem primären Element 25, und die Kurven 1010 und 1014 veranschaulichen die Sekundärspannungs- und die Sekundärstrompegel bei dem sekundären Element 26. Die Kurve 1008 zeigt die Ausgangsspannung (z.B. den Spannungspegel an der Verbindung 10 und über dem Kondensator 34B) des Wandlers 6B, wenn sich die Primärspannungs- und -strompegel bei dem primären Element 25 und die Sekundärspannungs- und -strompegel bei dem sekundären Element 26 mit der Zeit ändern. 10 zeigt, was geschieht, wenn die Primärseite 7B eine Anfrage von der Sekundärseite 5B nach einem Einschalten des primären Elements 26 (z.B. nachdem die mit der zweiten Seite assoziierten ersten und zweiten Timer ablaufen) versäumt.
  • 11 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das Spannungs- und Stromcharakteristika des Leistungswandlers 6B gemäß 3 während eines Beispielbetriebs des Leistungswandlers 6B zeigt, bei dem das primäre Element 25 eingeschaltet wird, während die Sekundärseite 5B Energie von dem Transformator 22 an den Ausgangskondensator 34B überträgt, gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 11 zeigt Kurven 1104–1116, von denen jede verschiedene Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6B repräsentiert. Die Kurven 1104–1116 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
  • Die Kurven 1104 und 1106 zeigen die Gate- oder Treibersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) der Elemente 25 bzw. 26. Die Kurven 1112 und 1116 zeigen die Primärspannungs- und die Primärstrompegel an dem primären Element 25, und die Kurven 1110 und 1114 veranschaulichen die Sekundärspannungs- und die Sekundärstrompegel an dem sekundären Element 26. Die Kurve 1108 zeigt die Ausgangsspannung (z.B. den Spannungspegel an der Verbindung 10 und über dem Kondensator 34B) des Wandlers 6B, wenn sich die Primärspannungs- und -strompegel bei dem primären Element 25 und die Sekundärspannungs- und -strompegel bei dem sekundären Element 26 mit der Zeit ändern.
  • 11 zeigt, was geschieht, wenn das primäre Element 25 eingeschaltet wird, während sich das sekundäre Element 26 auf der Sekundärseite 5B des Leistungswandlers 6B noch in einem eingeschalteten Zustand befindet. Bei einigen Beispielen kann das Verhindern des gleichzeitigen Einschaltens des primären Elements 25, wenn das sekundäre Element 26 eingeschaltet ist (z.B. wegen einer fehlerhaften negativen Strommessung an der Sekundärseite 5B), verbessert werden, indem die Primärspannung an dem primären Element 25 (Knoten 16C) mit der Versorgungsspannung des Wandlers (Knoten 16A) verglichen und dem primären Element das Einschalten nur gestattet wird, wenn die Primärspannung kleiner oder gleich der Versorgungsspannung des Wandlers ist. Beispielsweise kann die Zustandsmaschine 44 auf das Ausgangssignal von dem Komparator 56 bauen, um festzustellen, ob die Primärspannung bei oder unterhalb der Versorgungsspannung des Wandlers liegt. Wie in 11 gezeigt ist, besteht eine Möglichkeit, mit einer derartigen Situation umzugehen, darin, das sekundäre Element 26 auszuschalten, bevor der Sekundärstrom auf unter Null Ampere übergeht, so dass eine Re-Synchronisierung der Primär- und Sekundärseite entweder dadurch ausgeführt werden kann, dass entweder der mit der Primärseite 7B assoziierte dritte Timer oder der mit der Sekundärseite 5B assoziierte zweite Timer abläuft.
  • 12 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Primärseite 7C veranschaulicht, die eine detaillierte Ansicht der Primärseite 7B des in 3 gezeigten Leistungswandlers 6B repräsentiert. 12 wird nachfolgend im Kontext des Leistungswandlers 6B gemäß 3 und des Systems 1 gemäß 1 beschrieben.
  • Zusätzlich zu den Komponenten 32, 34A, 40, 42A, 44, 46A und 24A enthält die Primärseite 7C gemäß 12 Komponenten 1202–1210. Zusätzlich ist die Primärseite 7C so gezeigt, dass sie ein primäres Element 25A als weiteres Beispiel des primären Elements 25 aufweist. Beispielsweise ist das primäre Element 25 des Hochspannungs-Schalttransistors mit einer angepassten Messzelle gezeigt.
  • Die Komponente 1202 bildet einen primären Komparator, der von der Primärseite 7C und der Zustandsmaschine 44 verwendet wird, um festzustellen, ob die Spannung an dem primären Element 25A kleiner oder gleich der Versorgungsspannung des Wandlers ist. Die Komponente 1204 repräsentiert einen Primärstromkomparator, den die Zustandsmaschine 44 dazu verwenden kann, festzustellen, ob der Primärstrom an dem primären Element 25A größer als, kleiner als oder gleich einem maximalen Stromschwellenwert ist.
  • Das Bauelement 1206 repräsentiert einen primären Rückwärtsstromkomparator, der die Stärke des Stroms an dem primären Element 25 selbst dann detektieren kann, wenn das primäre Element 25A abgeschaltet ist. Die Komponente 1208 repräsentiert einen primären Ein-Richtungs-Stromspiegel, der auf einem linearen Verstärker oder Komparator baut, und die Gatespannung der Stromquelle lädt oder entlädt. Die Komponente 1210 repräsentiert eine primäre Ladungspumpeneinheit zur Erzeugung einer negativen Spannung.
  • Bei einigen Beispielen kann der Leistungswandler 6B die Primärstrommessung an der Primärseite 7C durchführen (z.B. unter Verwendung eines Shunt-Widerstands oder eines Hall-Sensors). Bei einigen Beispielen, können eine Nullstromerkennung und/oder eine Rückwärtsstromerkennung unter Verwendung eines GMR-Elements ausgeführt werden.
  • Die Komponente 1208 wird aktiv, wenn das primäre Element 25A eingeschaltet ist und die Richtung des Primärstroms an dem primären Element 25A positiv ist (z.B. wie durch die Richtung des Pfeils in 12 angezeigt). Die Komponente 1208 kann sicherstellen, dass das Sourcespannungs-Potential des Leistungstransistors und der Messzelle des primären Elements 25A gleich sind, und von daher einen Stromabbild erzeugen, der mit einer Stromreferenz verglichen werden kann, um durch die Zustandsmaschine 44 zu detektieren, wann das primäre Element 25 abzuschalten ist.
  • Die Komponente 1206 kann aktiv werden, wenn das primäre Element 25A abgeschaltet ist. Wenn die Primärspannung an dem primären Element 25A im Bezug auf Source des Leistungstransistors positiv ist, wird die Messzellen-Source durch die Stromquelle der Komponente 1206 auf ein hohes Potential geladen. Wenn die Primärspannung an dem primären Element 25 negativ wird und ein Strom beginnt, gleichmäßig durch die Body-/Bulk-Diode des Leistungstransistors des primären Elements 25A zu fließen, beginnt ein Strom durch die Body-/ Bulk-Diode der Messzelle des primären Elements 25A zu fließen, und der Eingangsknoten des Komparators der Komponente 1206 kann durch diesen Strom nach unten gezogen werden (engl.: „may be pulled low“), und der Komparator kann schalten (engl.: „trip“). Dies kann anzeigen, dass in der primärseitigen Wicklung 24A ein negativer Strom fließt. Als Reaktion auf die Anzeige des negativen Stroms kann die Zustandsmaschine 44 bestimmen, das primäre Element 25A einzuschalten. Alternativ kann die Änderung der Messzellen-Sourcespannung aufgrund der kapazitiven Kopplung durch den Messzellentransistor des primären Elements 25A dazu verwendet werden, zu messen, wann die primäre Spannung an dem primären Element 25A fällt, sogar bevor der Strom durch die Bodydiode des primären Elements 25A zu fließen beginnt.
  • Der resistive Teilereingang zu dem Komparator der Komponente 1202 kann einen hohen kumulativen Widerstand und eine hohe Teilerzahl aufweisen. Ein Nachteil einer derartigen Komponente 1202 kann dazu führen, dass die Messung langsam ist, wenn nicht auch ein paralleler kapazitiver Teiler verwendet wird. Da die gemessenen Spannungen typischerweise Hochspannungen sind, kann die Komponente 1202 für einige Anwendungen zu groß oder zu teuer sein, und deshalb bei einigen Beispielen weggelassen werden. Anstelle der Komponente 1202 kann die Zustandsmaschine 44 Operationen ausführen, wie sie oben erläutert wurden, um Konflikte mit der Sekundärseite 5B und dem potentiellen simultanen Einschalten des primären Elements 25A und des sekundären Elements auf der Sekundärseite 5B zu vermeiden.
  • 13 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Sekundärseite 5C veranschaulicht, das eine detaillierte Ansicht der Sekundärseite 5B des in 3 gezeigten Leistungswandlers 6B repräsentiert. 13 wird nachfolgend im Kontext des Leistungswandlers 6B gemäß 3 und des Systems 1 gemäß 1 beschrieben.
  • Zusätzlich zu den Komponenten 34B, 42B, 52C, 46B, 50 und 24B enthält die Sekundärseite 5C gemäß 13 Komponenten 1302–1310. Zusätzlich besitzt die gezeigte Sekundärseite 5C ein zweites Element 26A als weiteres Beispiel des sekundären Elements 26. Beispielsweise ist das sekundäre Element 26 als Synchrongleichrichter-Schalttransistor gezeigt, der mit einer angepassten Messzelle verbunden ist (d.h. einem Sense-FET). Die angepassten Messzelle kann eine oder mehr Transistorzellen mit einer angepassten Charakteristik mit den Transistorzellen des Synchrongleichrichter-Schalttransistors aufweisen. Die angepasste Messzelle kann von der Sekundärseite 5C dazu verwendet werden, einen Pegel eines Stroms durch den Synchrongleichrichter-Schalttransistor zu messen, anstatt einen passenden Strompegel durch die angepasste Messzelle zu messen.
  • Die Komponente 1302 bildet einen sekundären Komparator, der von der Sekundärseite 5C und der Zustandsmaschine 50 dazu verwendet wird, zu bestimmen, ob die Spannung der Sekundärseite 5B an dem sekundären Element 26A kleiner oder gleich der Ausgangsspannung über dem Kondensator 34B ist. Das Bauelement 1302 repräsentiert eine optionale Komponente, die aus ähnlichen Gründen, aus denen die Komponente 1302, wie oben unter Bezugnahme auf die Komponente 1202 gemäß 12 beschrieben wurde, nicht geeignet sein kann, geeignet sein kann oder nicht.
  • Die Komponente 1304A repräsentiert einen sekundären Stromkomparator, den die Zustandsmaschine 50 dazu verwenden kann, zu bestimmen, ob der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26A größer als, kleiner als oder gleich einem maximalen negativen Stromschwellenwert ist. Die Komponente 1304B repräsentiert einen sekundären Stromkomparator, den die Zustandsmaschine 50 dazu verwenden kann, zu bestimmen, ob der sekundäre Strom an dem sekundären Element 26A größer als, kleiner als, oder gleich einem minimalen Stromschwellenwert ist, wenn das sekundäre Element 26A eingeschaltet ist.
  • Die Komponente 1306 repräsentiert einen sekundären Rückwärtsstromkomparator, der die Stärke des Stroms an dem sekundären Element 26A selbst dann detektieren kann, wenn das sekundäre Element 26A ausgeschaltet ist. Die Komponente 1308 repräsentiert einen sekundären Ein-Richtungs-Stromspiegel, der auf einen Linearverstärker oder Komparator baut, der die gegenwärtige Source-Gate-Spannung lädt oder entlädt. Die Komponente 1310 repräsentiert eine zweite Ladungspumpeneinheit zur Erzeugung einer negativen Spannung.
  • Bei einigen Beispielen kann der Leistungswandler 6B die Sekundärstrommessung an der Sekundärseite 5C unter Verwendung eines Shunt-Widerstands oder eines Hall-Sensors ausführen. Bei einigen Beispielen kann die Nullstromerkennung und/oder die Rückwärtsstromerkennung unter Verwendung eines GMR-Elements durchgeführt werden.
  • Komponente 1308 wird aktiv, wenn das sekundäre Element 26A eingeschaltet ist und die Richtung des Sekundärstroms an dem sekundären Element 26A entweder positiv ist (Richtung des Pfeils), oder negativ. Die Komponente 1308 kann sicherstellen, dass die Sourcespannungspotentiale des Leistungstransistors und der Messzelle des sekundären Elements 26A gleich sind, und von daher ein Stromabbild erzeugen, der mit einer Stromreferenz verglichen werden kann, um festzustellen, wann das sekundäre Element 26A abzuschalten ist, wenn der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26A sich von einem positiven Strom in einen negativen Strom ändert (z.B. wenn die Ausgangsspannung größer oder gleich einem gewünschten Ausgangsspannungsschwellenwert ist), oder erkennen, wann das sekundäre Element 26A abzuschalten ist, wenn der Sekundärstrom an dem sekundären Element 26A einen maximalen Stromschwellenwert erreicht, wenn ein negativer Strom induziert wird, um der Primärseite 7B zu signalisieren, das primäre Element 26 einzuschalten. Für einige Anwendungen kann eine Zweirichtungs-Strommessung bevorzugt sein. Bei dem Beispiel gemäß 12 wird Zweirichtungs-Strommessung mit dem Zusatz eines Offsetstroms durchgeführt, der durch die Stromquelle der Komponente 1308 bereitgestellt wird.
  • Die Komponente 1306 kann tätig werden, wenn das sekundäre Element 26A und die Messzelle des sekundären Elements 26A abgeschaltet sind. Wenn die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26A in Bezug auf die Source der Leistungstransistorsource des sekundären Elements 26A positiv ist, wird die Messzellensource des sekundären Elements 26A durch die Stromquelle der Komponente 1306 auf ein hohes Potential geladen. Wenn die Sekundärspannung negativ wird und ein Strom gleichmäßig durch die Body-/Bulk-Diode des Leistungstransistor des sekundären Elements 26A zu fließen beginnt, kann ein Strom durch die Body-/Bulk-Diode der Messzelle des sekundären Elements 26A zu fließen beginnen, und der Eingangsknoten des Komparators der Komponente 1306 kann nach unten gezogen werden (engl.: „may be pulled low“), und der Komparator kann schalten (engl.: „trip“). Auf diese Weise kann ein einzelner Komparator signalisieren, dass sowohl ein positiver Strom an der Primärwicklung des Transformators 22 fließt, als auch, dass die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26A negativ ist, so dass die Zustandsmaschine 50 bestimmen kann, ob sie das sekundäre Element 26A einschaltet. Um zu bestimmen, wann die Sekundärspannung an dem sekundären Element 26A negativ ist, kann die Zustandsmaschine 50 die Sekundärspannung messen. Bei einigen Beispielen kann die Spannung an dem sekundären Element 26 unter Verwendung von Komponenten bestimmt werden, die auf einem einzigen integrierten Schaltkreis integriert sind, da die Ausgangsspannung und die Sekundärspannung relativ geringe Spannungen sein können.
  • Die 14A und 14B sind Diagramme, die als Funktion der Spannung Charakteristika veranschaulichen, die entweder mit einem der Beispielleistungswandler assoziiert sind, die gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein galliumnitrid-(GaN)-basiertes Schalterbauelement als primäres Element im Gegensatz zu einem siliziumbasierten Leistungs-MOSFET aufweisen, oder mit einem siliziumbasierten Bauelement als primäres Element, insbesondere einem Superjunction-Element. Die 14A und 14B sind im Kontext der 2 und 3 beschrieben.
  • 14A ist ein Diagramm, das die in der Ausgangskapazität gespeicherte, mit einem der Leistungswandler 6A und 6B assoziierte Ladung als Funktion der Spannung veranschaulicht, wenn ein galliumnitrid-(GaN)-basiertes Schalterbauelement als primäres Element 25 im Gegensatz zu einem siliziumbasierten Leistungs-MOSFET verwendet wird. Beispielsweise zeigt die Kurve 1600 gemäß 14A, dass die in der Ausgangskapazität des primären Elements 25 gespeicherte, gezogene Ladungsmenge größer ist, wenn ein nicht-GaN-basiertes Schalterbauelement als primäres Element 25 verwendet wird. Die Kurve 1602 gemäß 14A zeigt, dass die in der Ausgangskapazität des primären Elements 25 gespeicherte Ladungsmenge kleiner ist, wenn ein GaN-basiertes Schalterbauelement als primäres Element 25 verwendet wird.
  • 14B ist ein Diagramm, das die in der Ausgangskapazität gespeicherte, mit einem der Leistungswandler 6A und 6B assoziierte Energie als Funktion der Spannung veranschaulicht, wenn gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein galliumnitrid-(GaN)-basiertes Schalterbauelement als primäres Element 25 im Gegensatz zu einem siliziumbasierten Leistungs-MOSFET verwendet wird. Beispielsweise zeigt die Kurve 1700 gemäß 14B, dass die in der Ausgangskapazität des primären Elements 25 gespeicherte Energiemenge höher ist, wenn ein nicht-GaN-basiertes Schalterelement als primäres Element 25 verwendet wird. Die Kurve 1702 gemäß 14B zeigt, dass die in der Ausgangskapazität des primären Elements 25 gespeicherte Energiemenge geringer ist, wenn ein GaN-basiertes Schalterbauelement als primäres Element 25 verwendet wird. Wie durch 14B gezeigt ist, geht weniger Energie verloren, wenn ein GaN-basiertes Schalterbauelement als primäres Element 25 verwendet wird, als wenn irgendein anderes, nicht-GaN-basiertes Schalterbauelement verwendet wird.
  • 15 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Leistungswandler 6C als zusätzliches Beispiel des Leistungswandlers 6 des in 1 gezeigten Systems 1 veranschaulicht. Der Leistungswandler 6C repräsentiert einen "Zweitransistor-Sperrwandler" und enthält viele derselben Bauelemente, wie die Leistungswandler 6A und 6B. Anders als die Wandler 6A und 6B enthält der Leistungswandler 6C jedoch duale primäre Elemente 1900A und 1900B und Dioden 1902A und 1902B.
  • Der Transformator 22 des Wandlers 6C ist dazu ausgebildet, Energie zwischen der Primärseite des Leistungswandlers 6C und der Sekundärseite des Leistungswandlers 6C zu speichern. Ein jedes der primären Elemente 1900A und 1900B ist mit der primärseitigen Wicklung 24A des Transformators 22 gekoppelt. Ein jedes der primären Elemente 1900A und 1900B ist dazu ausgebildet, basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom an der Primärseite des Leistungswandlers 6 ein- oder auszuschalten. In anderen Worten, die Steuerlogik 30 kann die Primärspannung oder den Primärstrom messen und zu veranlassen, dass die primären Elemente 1900A und 1900B eingeschaltet werden, um Zwei-Transistor-Leistungssperrwandlungsverfahren durchzuführen.
  • Der Leistungswandler 6C enthält auch ein sekundäres Element 26, das mit der sekundärseitigen Wicklung 24B des Transformators 22 gekoppelt ist, und eine Steuereinheit 12, die mit dem sekundären Element 26 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 12 ist sowohl von dem primären Element 1900A als auch 1900B isoliert. Die Steuereinheit 12 ist, gemäß einer Möglichkeit, der Primärseite zu signalisieren, dass die Sekundärseite zusätzliche Energie von der Quelle 2 benötigt, eine Energieübertragung von der Sekundärseite über den Transformator 22 an die Primärseite zu veranlassen, dazu ausgebildet, das sekundäre Element 26 im Einklang mit Synchrongleichrichtung von der Sekundärseite 7C aus zu steuern, ebenso, wie das sekundäre Element 26 zu steuern, und sie triggert die primäre Logik 30 und die primären Elemente 1900A und 1900B, um Dualtransistor-Sperrwandlerverfahren durchzuführen.
  • 16 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Leistungswandler 6D als weiteres Beispiel des Leistungswandlers 6 des in 1 gezeigten Systems 1 veranschaulicht. Der Leistungswandler 6D repräsentiert einen Sperrwandler mit einem primärseitigen Controller 2030, der über einen Transformator 2022 mit einer sekundären Logik 2012 in Verbindung steht. Der Transformator 2022 des Wandlers 6D ist primär dazu ausgebildet, Energie vorübergehend zu speichern und dann zwischen der Primärseite des Leistungswandlers 6D und der Sekundärseite des Leistungswandlers 6D zu übertragen. Der Leistungswandler 6D besitzt viele derselben Komponenten wie die Leistungswandler 6A–6C. Wie nachfolgend beschrieben wird, enthält der Transformator 2022 des Leistungswandlers 6D, jedoch anders als die Wandler 6A–6C, eine optionale Hilfswicklung 2024C in Ergänzung zu einer Primärwicklung 2024A und einer Sekundärwicklung 2024B.
  • Wie oben unter Bezugnahme auf den Transformator 22 beschrieben wurde, kann jeder der hierin beschriebenen Beispielwandler eine Hilfswicklung aufweisen, um die primäre Logik 30 und/oder die Steuereinheit 12 zu versorgen. Beispielsweise kann der Leistungsverbrauch (z.B. durch die Last 4) geringer sein, als in Fällen mit vollständiger primärseitiger Steuerung, aber sie kann immer noch zu hoch sein, um von der Leistungsquelle 2 (z.B. eine AC-Einspeisung) über einen Widerstand versorgt zu werden.
  • Der Leistungswandler 6D enthält ein sekundäres Element 2026, das mit der sekundärseitigen Wicklung 2024B des Transformator 2022 gekoppelt ist, und eine sekundäre Logik 2012, die mit dem sekundären Element 26 gekoppelt ist. Die sekundäre Logik 2012 ist elektrisch von den primären Elementen 2025 und dem primären Controller 2030 isoliert. Die sekundäre Logik 2012 ist, gemäß einer Möglichkeit, der Primärseite des Leistungswandlers 6D zu signalisieren, dass die Sekundärseite des Leistungswandlers 6D zusätzliche Energie von der Quelle 2 benötigt, dazu ausgebildet, das sekundäre Element 2026 im Einklang mit Synchrongleichrichtung von der sekundären Seite des Leistungswandlers 6D aus zu steuern, ebenso wie dazu, das sekundäre Element 26 zu steuern, um eine Energieübertragung von der Sekundärseite des Leistungswandlers 6D über den Transformator 2022 an die Primärseite des Leistungswandlers 6D zu veranlassen.
  • Bei einigen Beispielen kann das über den Transformator 2022 von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers 6D übertragene Signal den primären Controller 2030 und das primäre Element 2025 triggern, um Sperrwandlerwandlungsverfahren auszuführen. Das über den Transformator 2022 von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers 6D übertragene Signal kann eine Übertragung von anderen Arten von Informationen repräsentieren. Beispielsweise kann die von der Sekundärseite des Leistungswandlers 6D empfangene Information dem primären Controller 2030 anzeigen, wenn der Ausgangsspannungspegel an der Verbindung 10 auf unter einen geforderten Schwellenwert abgefallen ist. Diese Änderung der Ausgangsspannung kann dem primären Controller 30 anzeigen, dass mehr Energie von der Primärseite des Leistungswandlers 6D an die Sekundärseite des Leistungswandlers 6D übertragen werden muss, beispielsweise wenn ein Lastsprung oder ein anderes Ereignis auftritt, der/das den Leistungswandler 6D triggern kann, einen "Stand-by-Modus" zu verlassen, während dem der Leistungswandler 6D es unterlässt, Energie an die Last 4 zu übertragen, und einen Betriebsmodus aufzunehmen, während dem der Leistungswandler 6D die Last 4 mit Leistung versorgt.
  • Das primäre Element 2025 ist mit der primärseitigen Wicklung 2024A eines Transformators 2022 gekoppelt. Das primäre Element 2025 ist dazu ausgebildet, basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom, die/der mit dem primären Element 2025 gekoppelt ist, einzuschalten oder auszuschalten. Beispielsweise kann der primäre Controller 2030 eine Drain-Source-Spannung (VDS), die mit dem primären Element 2025 assoziiert ist, messen, und als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung unter einen Schwellenwert (z.B. Null Volt) abgefallen ist, eine Gatespannung bereitstellen, die das primäre Element 2025 einschaltet, um Leistungssperrwandlungsverfahren auszuführen (z.B. anzufangen, Energie von der Primärwicklung 2024A an die Sekundärwicklung 2024B zu übertragen). Zusätzlich oder alternativ kann der primäre Controller 2030 einen mit dem primären Element 2025 assoziierten Strom messen, und als Reaktion auf die Feststellung, dass der Strom negativ geworden ist (z.B. kleiner als Null Ampere), eine Gatespannung bereitstellen, die das primäre Element 2025 einschaltet, um Leistungssperrwandlungsverfahren auszuführen (z.B. anzufangen, Energie von der Primärwicklung 2024A an die Sekundärwicklung 2024B zu übertragen).
  • Bei einigen Beispielen kann der primäre Controller 2030 eine Energieübertragung von der Sekundärseite des Leistungswandlers 6D detektieren, indem er eine Spannung an einer Hilfswicklung 2024C detektiert, anstatt oder zusätzlich eine Änderung der/des mit dem primären Element 2025 und/oder der Primärwicklung 2024A assoziierten Spannung oder Stroms zu detektieren. In anderen Worten, auch wenn die Hilfswicklung 2024C optional ist, kann der primäre Controller 2030, um gemäß einer Möglichkeit festzustellen, ob der Leistungswandler 6D zu veranlassen ist, "aufzuwachen", in einigen Fällen auf die Hilfswicklung 2024C bauen, um Änderungen der primärseitigen Spannungen zu messen, und mit der Übertragung von Energie an die Last 4 anzufangen oder weiterzumachen.
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung Beispieloperationen des in 16 gezeigten Beispielleistungswandlers veranschaulicht. Beispielsweise können Operationen 3000–3020 durch die sekundäre Logik 2012 des Wandlers 6D ausgeführt werden. 18 ist ein Zeitablaufdiagramm, das gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung Spannungs- und Stromcharakteristika des in 16 gezeigten Leistungswandlers 6D veranschaulicht, während der Wandler 6D die Operationen 3000–3020 durchführt. Die Kurven 4004–4018 repräsentieren verschiedene Spannungs- oder Strompegel bei verschiedenen Teilen des Leistungswandlers 6D während eines Betriebs des Leistungswandlers 6D im stationären Zustand. Die Kurven 4004–4018 sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet und besitzen Ähnlichkeiten mit den Kurven 604–616 gemäß 6. Die Kurven 4004 und 4006 zeigen die Gate- oder Treibersignale (z.B. die Spannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen) der Schaltelemente 2025 und 2026, die Kurve 4016 zeigt die Primärspannung an dem primären Element 2025, und die Kurve 4014 veranschaulicht die Sekundärstrompegel an dem sekundären Element 2026. Die Kurve 4018 zeigt die mit dem primären Element 2025 assoziierte Drain-Source-Spannung.
  • Die sekundäre Logik 2012 kann das sekundäre Element 2026 gemäß Synchrongleichrichterverfahren steuern (3000). 18 zeigt, wie die Sekundärlogik 2012 ein Einschalten des sekundären Elements 2026 zu einer Zeit t4 durchführt. Beispielsweise kann die sekundäre Logik 2012, um Synchrongleichrichtung von der Sekundärseite des Wandlers 6D aus durchzuführen, den Betriebszustand des primären Elements 2025 basierend auf der Spannung und/oder dem Strom an der sekundärseitigen Wicklung 2024B ermitteln. Die sekundäre Logik 2012 kann das sekundäre Element 2026 dazu veranlassen, synchron zu arbeiten, und die Betriebszustände in Abhängigkeit vom Zustand des primären Elements 2025 zu ändern. Die sekundäre Logik 2012 kann basierend auf der Spannung an der Sekundärwicklung 2024B erkennen, wann das primäre Element 2025 ausschaltet, und als Reaktion hierauf das sekundäre Element 2026 veranlassen, einzuschalten. Die sekundäre Logik 2012 kann basierend auf dem Strom an der sekundärseitigen Wicklung 2024 bestimmen, wann das sekundäre Element 2026 zu veranlassen ist, auszuschalten, bevor das primäre Element 2025 erneut einschaltet, so dass sich die leitenden Perioden des sekundären Elements 2026 und des primären Elements 2025 nicht überlappen. Die sekundäre Logik 2012 kann basierend auf der Spannung an der Sekundärwicklung 2024B erkennen, wann das primäre Element 2025 ausschaltet, und als Reaktion hierauf das sekundäre Element 2026 veranlassen, einzuschalten. Die sekundäre Logik 2012 kann basierend auf dem Strom an der sekundärseitigen Wicklung 2024 bestimmen, wann das sekundärseitige Element 2026 zu veranlassen ist, auszuschalten, bevor das primäre Element 2025 erneut einschaltet, so dass sich die leitenden Perioden des sekundären Elements 2026 und des primären Elements 2025 nicht überlappen.
  • Wenn es nicht erforderlich ist, Energie zu übertragen, kann der Leistungswandler 6D in einem "Stand-by-Modus" arbeiten, um wenig oder keine Leistung zu verbrauchen. Zeitweise kann der Leistungswandler 6D auch im "Burst-Modus" arbeiten, um zu ermöglichen, dass Messungen reflektierter Spannung auftreten. Der Wandler 6 kann auf einen Laststrom bauen, einen Abfall der Ausgangsspannung, oder ein anderes Triggerereignis, um den "Stand-by-Modus" oder den Burst-Modus zu verlassen, während dem der Leistungswandler es unterlässt, Energie an die Last 4 zu übertragen, und in einem Betriebszustand überzugehen, währendem der Leistungswandler die Last 4 mit Leistung versorgt.
  • Als Reaktion auf die Feststellung, dass der Leistungswandler 6D in einem Stand-by-Modus oder in einem Burst-Modus arbeitet (3005), kann die sekundäre Logik 2012 ermitteln, ob es eine Änderung des Lastzustands gegeben hat (z.B. von einem Zustand in einem Stand-by-Modus oder einem Burst-Modus), indem ermittelt wird, ob es einen Anstieg der Last gegeben hat, oder ob die Ausgangsspannung an der Last unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist (3010). Wenn es einen Anstieg der Größe der Last gegeben hat oder die Spannung unter einen Spannungsschwellenwert abgefallen ist, während der Leistungswandler 6D in einem Stand-by- oder Burst-Modus arbeitet, kann der Wandler 6D den Stand-by- oder Burst-Modus verlassen, und die sekundäre Logik 2012 kann das sekundäre Element 2026 steuern, um sekundärseitige Energie über den Transformator 22 von der sekundärseitigen Wicklung 2024B an die primärseitige Wicklung 2024A des Leistungswandlers 6D zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator 22 von der primärseitigen Wicklung 2024A an die sekundärseitige Wicklung 2024B übertragen wurde, und die dazu verwendet wird, die Last 4 mit Leistung zu versorgen (3020).
  • In anderen Worten, die sekundäre Logik 2012 kann feststellen, ob eine Last (z.B. die Last 4), die mit der Sekundärseite des Leistungswandlers 6D gekoppelt ist, einen Zustand im Stand-by-Modus oder im Burst-Modus ausreichend verlassen hat, um die sekundäre Logik 2012 aus dem Stand-by- oder Burst-Modus "aufzuwecken". Das heißt, ob das Verlassen des Zustands im Stand-by-Modus oder im Burst-Modus die sekundärseitige Logik 2012 getriggert hat, um mit dem Steuern des sekundären Elements 2026 zu beginnen, um sekundärseitige Energie über den Transformator 2022 von der Sekundärseite des Leistungswandlers 6D an die Primärseite des Leistungswandlers 6D zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator 2022 von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird und die dazu verwendet wird, die Last 4 mit Energie zu versorgen. Wenn sich die Größe der Last nicht geändert hat, kann die sekundäre Logik 2012 damit weitermachen, das sekundäre Element 2026 gemäß Synchrongleichrichterverfahren zu steuern (3000) und/oder in einem Stand-by- oder Burst-Modus zu betreiben.
  • Beispielsweise kann die sekundäre Logik 2012 "Lastsprünge" oder plötzliche Änderungen der Größe der Last oder plötzliche Änderungen der Ausgangsspannung an der Verbindung 10 wie beispielsweise einen Sprung vom Stand-by-Modus zur Volllast-Bedingung detektieren, um festzustellen, wann der primäre Controller 2030 zu benachrichtigen ist, dass es an der Zeit ist, dass der primäre Controller 2030 veranlasst, dass mehr primärseitige Energie über den Transformator 22 übertragen werden muss, um die Last 4 mit Energie zu versorgen. 18 zeigt, dass der primäre Controller das primäre Element 2025 zu einer Zeit t0 dazu veranlasst haben kann, die Übertragung von primärer Energie an die Sekundärseite des Wandlers 62 zu stoppen. Nach einer Austastzeit (engl.: „blanking time“) (z.B. in der Größenordnung von Mikrosekunden) zu einer Zeit t1 kann die sekundäre Logik 2012 beginnen, die primärseitige Spannung den Strom zu detektieren, um zu entscheiden, ob mehr Energie erforderlich ist, um die Last 4 (die zum Beispiel kürzlich an die Verbindung 10 angeschlossen wurde oder die die zuvor übertragene, primärseitige Energie im Wesentlichen verbraucht hat) mit Energie zu versorgen. Die Austastzeit kann auf der Primärseite benötigt werden, um zu unterscheiden zwischen Spannungsabfällen, die von einer Oszillation der Ausgangskapazität (z.B. dem primären Element 2025) herrühren, und einer Leckinduktanz (engl.: „leakage inductance“) des Transformators 2022 und "realen" Spannungsabfällen, die verursacht werden durch die sekundäre Logik 2012 und durch die von der sekundären Logik 2012 verursachte Übertragung von Energie von der Sekundärseite an die Primärseite.
  • 18 zeigt, dass die sekundäre Logik 2012 zu einer Zeit t2, nachdem eine Dauer von Millisekunden, Sekunden, Stunden, Tagen oder irgendeine beliebige andere Dauer abgelaufen ist, eine Änderung der Größe der Last an der Verbindung 10 detektieren kann. Die sekundäre Logik 2012 kann die Änderung beispielsweise als Reaktion auf die Feststellung detektieren, dass der sekundärseitige Strom unter einen Stromschwellenwert (z.B. Null Volt) abgefallen ist, und/oder ob die Ausgangsspannung unter einen Spannungsschwellenwert abfällt.
  • 18 zeigt, dass die sekundäre Logik 2012 zu einer Zeit t3 das sekundäre Element 2026 als "aktives Element" verwendet und pulst das sekundäre Element 2026 bis zur Zeit t3. Dieses Pulsen des sekundären Elements 2026 kann nicht konsistent sein zu normalen Synchrongleichrichtungsverfahren, allerdings kann das Pulsen den primären Controller 2030 direkt veranlassen, Leistungswandlungsoperationen fortzusetzen. Anders ausgedrückt kann die sekundäre Logik 2012 gemäß einer Möglichkeit, sekundärseitige Energie über den Transformator 2022 an die Primärseite des Wandlers zu übertragen, das sekundäre Element 2026 pulsen, um dem primären Controller 2030 zu signalisieren, dass die Last 4 primäre Energie von der Quelle 2 benötigt.
  • Auf diese Weise können einige der Verfahren dieser Offenbarung gemäß einer Möglichkeit, zu bestimmen, wann sich die Lastbedingung geändert hat, einen Sperrwandler dazu in die Lage versetzen, "Tiefschlafmodi" zu verlassen, in denen der primärseitige Controller für Millisekunden, Sekunden, Stunden, Tage oder andere lange Dauern während eines Zustands "ohne Last" oder während eines Leichtlastzustands eine minimale Menge an Leistung konsumiert, anstelle ein primäres Element periodisch zu pulsen, oder auf ein Optokopplersignal zu bauen. Während dieser langen Zeitintervalle kann der Wanlder gemäß einigen dieser Verfahren die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite überwachen (z.B. periodische Intervalle). Im Fall eines Abfalls der Ausgangsspannung kann die sekundärseitige Logik ein sekundärseitiges Synchrongleichrichtungs-Schaltelement "aktivieren", um sekundärseitige Energie von der Sekundärseite über den Transformator hin zur Primärseite zu übertragen. Diese Übertragung von Energie kann entweder einen Spannungsabfall an dem primärseitigen Schaltelement oder sogar einen Rückwärtsstrom durch das primärseitige Schaltelement verursachen. Ein primärseitiger Spannungsabfall oder ein Rückwärtsstrom können von dem primären Controller detektiert und als Signal interpretiert werden, das von der Sekundärseite gesandt wurde, um durch Einschalten des primärseitigen Schaltelements Energie von der Primärseite zu übertragen.
  • 19 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen herkömmlichen Leistungswandler 6000 veranschaulicht, der, anders als der in 1 gezeigte Leistungswandler 6, auf einen separaten, elektrisch isolierten Übertragungskanal 6016 baut, der die Primär- und Sekundärseite des herkömmlichen Leistungswandlers 6000 verbindet. In anderen Worten, der Leistungswandler 6000 repräsentiert eine weniger wünschenswerte, teurere alternative Möglichkeit, Information (z.B. Rückkopplung) von der Sekundärseite des Wandlers 6000 an die Primärseite des Wandlers 6000 zu übertragen. Der Wandler 6000 baut auf eine Sekundärlogik 6012, die einen Optokoppler 6014 enthält. Beispielsweise baut die sekundäre Logik 6012 im Fall eines an der Verbindung 10 detektierten Lastsprungs auf einen Optokoppler 6014, um dem primären Controller 6030 über einen Übertragungskanal 6016 zu mitzuteilen, die Operationen auf der Primärseite des Wandlers 6000 erneut zu starten und anzufangen, Energie über den Transformator 6022 an die Last 4 zu übertragen. Der Wandler 6000 ist teurer und erfordert mehr Bauelemente, als Wandler 6.
  • Bei einigen Beispielen, kann der Wandler 6000 gemäß einer Möglichkeit, zu bestimmen, wann die Neustartoperationen auf der Primärseite beginnen sollen, hauptsächlich auf die reflektierte Spannung an der Hilfswicklung des Transformators 6022 bauen. Beispielsweise kann der primäre Controller 6030 die reflektierte Spannung messen und, wenn die reflektierte Spannung unter einen Schwellenwert abfällt, die Operationen auf der Primärseite fortsetzen. Allerdings kann der primäre Controller 6030, um zu bewirken, dass die reflektierte Spannung die Ausgangsspannung an der Verbindung 10 genau reflektiert, das primäre Element 6025 für zumindest einen Schaltzyklus cyclen. Typischerweise kann ein Leistungswandler, wie beispielsweise der Leistungswandler 6000 in einem "Burst-Modus" arbeiten, um die Messungen der reflektierten Spannung zu ermöglichen. Der Betrieb im Burst-Modus erfordert jedoch relativ kurze Intervalle, um sicher zu sein, dass die Ausgangsspannung an der Verbindung 10 im Fall eines Lastsprungs innerhalb ihrer Spannungsgrenzen bleibt. Eine relativ hohe Burst-Modus-Aktivität konsumiert zusätzliche Leistung und kann in Zuständen ohne oder mit geringer Last mit Niedrigenergieerfordernissen in Konflikt geraten.
  • Klausel 1. Eine Leistungsschaltung, die aufweist: einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Primärseite ein primäres Element aufweist, das dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom an der Primärseite einzuschalten oder auszuschalten; und eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist, wobei die Sekundärseite ein sekundäres Element aufweist, und eine Steuereinheit, die von der Primärseite isoliert ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element zu steuern, um sekundärseitige Energie von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die von der Primärseite über den Transformator an die Sekundärseite übertragen wird.
  • Klausel 2. Leistungsschaltung nach Klausel 1, wobei die Steuereinheit weiterhin dazu ausgebildet ist, das Übertragen sekundärseitiger Energie zu unterlassen, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite größer oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist, indem sie das sekundäre Element abschaltet.
  • Klausel 3. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–2, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu übertragen, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist, indem sie es unterlässt, das sekundäre Element auszuschalten.
  • Klausel 4. Leistungsschaltung nach einer der Klauseln 1–3, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu übertragen, indem sie das sekundäre Element einschaltet, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 5. Leistungsschaltung nach einer der Klauseln 1–4, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie zu vervollständigen, indem sie das sekundäre Element abschaltet, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite einen maximalen negativen Stromschwellenwert erreicht.
  • Klausel 6. Leistungsschaltung nach einer der Klauseln 1–5, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie zu vervollständigen, indem sie das sekundäre Element nach einem Zeitdauerschwellenwert abschaltet, was im Einklang damit steht, dass ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite einen maximalen negativen Stromschwellenwert erreicht.
  • Klausel 7. Leistungsschaltung nach einer der Klauseln 1–6, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element im Einklang mit Synchrongleichrichtung einzuschalten, nachdem das primäre Element ausschaltet.
  • Klausel 8. Leistungsschaltung gemäß Klausel 7, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element als Reaktion auf die Feststellung, dass ein Sekundärstrom an dem sekundären Element größer oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Sekundärspannung an dem sekundären Element kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist, einzuschalten.
  • Klausel 9. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–8, wobei die Leistungsschaltung ein Leistungs-Sperrwandler ist.
  • Klausel 10. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–9, wobei die sekundärseitige Energie ausreichend hoch ist, um der Primärseite anzuzeigen, dass das primäre Element eingeschaltet oder ausgeschaltet werden soll.
  • Klausel 11. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–10, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators dazu ausgebildet sind, die primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen, um eine mit der Sekundärseite gekoppelte Last mit Energie zu versorgen.
  • Klausel 12. Eine Leistungsschaltung, die aufweist: Einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist; und eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Primärseite ein primäres Element und eine primäre Logik aufweist, wobei die primäre Logik dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest dadurch zu steuern, dass an der Primärseite eine sekundärseitige Energie detektiert wird, die von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite übertragen wird.
  • Klausel 13. Leistungsschaltung gemäß Klausel 12, wobei die primäre Logik dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu detektieren, indem sie zumindest eines von Folgendem detektiert: Eine Primärspannung an der Primärseite, die einem Spannungsschwellenwert genügt; oder einem Primärstrom an der Primärseite, der einem Stromschwellenwert genügt.
  • Klausel 14. Die Leistungsschaltung gemäß Klausel 13, wobei die Primärspannung einer Spannung über dem primären Element entspricht.
  • Klausel 15. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 13–14, wobei der Primärstrom ein Strom ist, der die Primärwicklung verlässt.
  • Klausel 16. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 12–15, wobei die Steuerlogik ferner dazu ausgebildet ist, das primäre Element nach Ablauf einer Dauer, seit dem das primäre Element zuletzt eingeschaltet hat, abzuschalten.
  • Klausel 17. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 12–16, wobei die primäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest teilweise basierend auf der von der Sekundärseite übertragenen Energiemenge zu steuern.
  • Klausel 18. Verfahren, das aufweist: Steuern eines sekundären Elements einer Sekundärseite eines Leistungswandlers durch eine Steuereinheit, die der Sekundärseite positioniert ist, im Einklang mit Synchrongleichrichtung, wobei das sekundäre Element mit einer Sekundärwicklung eines Transformators des Leistungswandlers gekoppelt ist; und Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.
  • Klausel 19. Verfahren gemäß Klausel 18, wobei das Steuern des sekundären Elements zur Übertragung der sekundärseitigen Energie aufweist: Bestimmen einer Ausgangsspannung an der Sekundärseite des Leistungswandlers durch die Steuereinheit; und als Reaktion auf die Feststellung, dass die Ausgangsspannung einem Spannungsschwellenwert nicht genügt, Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit, um die sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite zu übertragen, um die primärseitige Energiemenge, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird, zu steuern.
  • Klausel 20. Verfahren nach einer der Klauseln 18–19, wobei das Steuern des sekundärseitigen Elements zum Übertragen der sekundärseitigen Energie aufweist: Unterlassen, das sekundärseitige Element durch die Steuereinheit auszuschalten, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich dem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 21. Verfahren gemäß einer der Klauseln 18–20, wobei das Steuern des sekundären Elements zur Übertragung der sekundärseitigen Energie aufweist: Einschalten des sekundären Elements durch die Steuereinheit, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich dem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 22. Verfahren gemäß einer der Klauseln 18–21, wobei die Steuereinheit gegenüber der Primärseite des Leistungswandlers elektrisch isoliert ist.
  • Klausel 23. Verfahren gemäß einer der Klauseln 18–22, das ferner aufweist: Als Reaktion auf die Feststellung, dass eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite einem Spannungsschwellenwert nicht genügt: Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit, um eine Übertragung der sekundärseitigen Energie von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite zu unterlassen; und Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit im Einklang mit Synchrongleichrichtung, so dass es synchron zu einem primären Element an der Primärseite arbeitet.
  • Klausel 24. Verfahren gemäß einer der Klauseln 18–23, wobei der Leistungswandler ein Leistungswandler vom Sperrwandlertyp ist.
  • Klausel 25. Verfahren, das aufweist: Detektieren einer sekundärseitigen Energie, die von einer Sekundärseite eines Leistungswandlers über einen Transformator des Leistungswandlers an die Primärseite übertragen wird, durch eine Steuerlogik, die an einer Primärseite des Leistungswandlers positioniert ist; und Einschalten des primären Elements durch die Steuerlogik als Reaktion auf die Detektion der sekundärseitigen Energie.
  • Klausel 26. Verfahren gemäß Klausel 25, wobei das Detektieren der sekundärseitigen Energie ferner das Detektieren von zumindest einem von Folgendem aufweist: Einer Primärspannung an der Primärseite, die einem Spannungsschwellenwert genügt, oder einem Primärstrom an der Primärseite, der einem Stromschwellenwert genügt.
  • Klausel 27. Verfahren gemäß einer der Klauseln 25–26, wobei der Leistungswandler ein Leistungswandler vom Sperrwandlertyp ist.
  • Klausel 28. Computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie ausführt werden, wenigstens eines von einem Prozessor oder einer Leistungswandlervorrichtung konfigurieren, um eines der Verfahren der Klauseln 18–27 auszuführen.
  • Klausel 29. Leistungsschaltung gemäß Klausel 1, die Mittel zur Durchführung eines der Verfahren gemäß Klauseln 18–24 aufweisen.
  • Klausel 30. Leistungsschaltung gemäß Klausel 12, die Mittel zur Ausführung einer der Verfahren gemäß den Klauseln 25–26 aufweisen.
  • Klausel 31. Eine Leistungsschaltung, die aufweist: Einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Primärseite ein primäres Element aufweist, das dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom auf der Primärseite einzuschalten oder auszuschalten; und eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist, wobei die Sekundärseite ein sekundäres Element und eine sekundäre Logik aufweist, die von der Primärseite isoliert ist, wobei die sekundäre Logik ausgebildet ist: Eine Änderung einer Größe einer mit der Leistungsschaltung gekoppelten Last zu detektieren; und als Reaktion auf das Detektieren der Änderung der Größe der Last das sekundäre Element zu steuern, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.
  • Klausel 32. Leistungsschaltung gemäß Klausel 31, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Änderung der Größe der Last als Reaktion auf die Feststellung zu detektieren, dass ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert ist.
  • Klausel 33. Die Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–32, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, eine Änderung der Größe einer Last als Reaktion auf die Feststellung zu detektieren, dass eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 34. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–33, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, eine Änderung der Größe einer Last zu detektieren, nachdem ein Schwellenwert einer Dauer abgelaufen ist, während der die Leistungsschaltung es unterlassen hat, primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen.
  • Klausel 35. Leistungsschaltung gemäß Klausel 34, wobei der Schwellenwert der Dauer zumindest eine Millisekunde beträgt.
  • Klausel 36. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 34–35, wobei der Schwellenwert der Dauer zumindest eine Sekunde beträgt.
  • Klausel 37. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 34–36, wobei der Schwellenwert der Dauer zumindest größer ist, als eine mit dem primären Element verbundene Austastzeit.
  • Klausel 38. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–37, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, das Übertragen der sekundärseitigen Energie durch Abschalten des sekundären Elements zu unterlassen, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite größer oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 39. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–38, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu übertragen, indem sie, während das sekundärseitige Element anfänglich eingeschaltet wird, es nachfolgend unterlässt, das sekundärseitige Element auszuschalten, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 40. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–39, wobei die sekundäre Logik ferne dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu übertragen, indem sie: Während das sekundäre Element anfänglich ausgeschaltet ist, nachfolgend das sekundäre Element einschaltet, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 41. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–40, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie durch Abschalten des sekundären Elements zu vervollständigen, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite einen maximalen negativen Stromschwellenwert erreicht.
  • Klausel 42. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–41, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie durch Abschalten des sekundären Elements zu vervollständigen, nachdem ein Schwellenwert einer Dauer, die im Einklang damit steht, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite einen maximalen negativen Stromschwellenwert erreicht.
  • Klausel 43. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–42, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element im Einklang mit Synchrongleichrichtung zu schalten, nachdem das primäre Element ausschaltet.
  • Klausel 44. Leistungsschaltung gemäß Klausel 43, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element als Reaktion auf die Feststellung einzuschalten, dass ein Sekundärstrom an dem sekundären Element größer oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Sekundärspannung an dem sekundären Element kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  • Klausel 45. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–44, wobei die Leistungsschaltung ein Leistungssperrwandler ist.
  • Klausel 46. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–45, wobei die sekundärseitige Energiemenge ausreicht, um der Primärseite anzuzeigen, dass das primäre Element eingeschaltet oder abgeschaltet werden sollte.
  • Klausel 47. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 31–46, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators dazu ausgebildet sind, primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen, um eine Last, die mit der Sekundärseite gekoppelt ist, mit Energie zu versorgen.
  • Klausel 48. Leistungsschaltung, die aufweist: Einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist; und eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Primärseite ein primäres Element und einen primären Controller aufweist, der dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest dadurch zu steuern, dass er als Reaktion darauf, das die Sekundärseite eine Änderung einer Größe einer mit der Sekundärseite gekoppelten Last detektiert, indem er zumindest an der Primärseite detektiert, dass eine sekundärseitige Energie von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite übertragen wird.
  • Klausel 49. Leistungsschaltung gemäß Klausel 48, wobei der primäre Controller ferner dazu ausgebildet ist, die von der Sekundärseite über den Transformator übertragene sekundärseitige Energie zu detektieren, nachdem ein Schwellenwert einer Dauer abgelaufen ist, während der es die Leistungsschaltung unterlassen hat, primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen.
  • Klausel 50. Leistungsschaltung gemäß Klausel 49, bei der der Schwellenwert der Dauer zumindest eine Millisekunde beträgt.
  • Klausel 51. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 49–50, bei der der Schwellenwert der Dauer zumindest eine Sekunde beträgt.
  • Klausel 52. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 49–51, wobei der Schwellenwert der Dauer zumindest größer ist, als eine mit dem primären Element assoziierte Austastzeit.
  • Klausel 53. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 48–52, bei der der primäre Controller dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu detektieren, indem er zumindest eines von einer Primärspannung an der Primärseite detektiert, die einem Spannungsschwellenwert genügt, oder einen primärseitigen Strom an der Primärseite, der einem Stromschwellenwert genügt.
  • Klausel 54. Leistungsschaltung gemäß Klausel 53, bei der primäre Controller einer Spannung über dem primären Element entspricht.
  • Klausel 55. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 53–54, wobei der Primärstrom ein Strom ist, der aus der Primärwicklung austritt.
  • Klausel 56. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 48–55, wobei der primäre Controller ferner dazu ausgebildet ist, das primäre Element nach Ablauf einer Dauer, seit der das primäre Element zuletzt eingeschaltet hat, abzuschalten.
  • Klausel 57. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 48–56, wobei der primäre Controller ferner dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest teilweise basierend auf einer übertragenen sekundärseitigen Energiemenge zu steuern.
  • Klausel 58. Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 48–57, wobei die primäre Wicklung eine erste primäre Wicklung ist, der Transformator eine zweite primäre Wicklung aufweist, und die Primärspannung einer Spannung über der zweiten primären Wicklung entspricht.
  • Klausel 59. Leistungsschaltung gemäß Klausel 58, wobei der Primärstrom ein Strom ist, der aus der sekundären Primärwicklung austritt.
  • Klausel 60. Verfahren, das aufweist: Steuern eines sekundären Elements einer Sekundärseite eins Leistungswandlers durch eine Steuereinheit, die auf der Sekundärseite positioniert ist, im Einklang mit Synchrongleichrichtung, wobei das sekundäre Element mit einer Sekundärwicklung eines Transformators des Leistungswandlers gekoppelt ist; Detektieren einer Änderung einer Größe einer mit der Sekundärseite des Leistungswandlers gekoppelten Last durch die Steuereinheit; und, als Reaktion auf die Feststellung einer Änderung der Größe der Last, Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird, zu steuern.
  • Klausel 61. Verfahren, das aufweist: Detektieren einer sekundärseitigen Energie, die von der Sekundärseite eines Leistungswandlers über einen Transformator des Leistungswandlers an eine Primärseite des Leistungswandlers übertragen wird, durch eine an der Primärseite positionierte Steuereinheit, als Reaktion auf eine Änderung einer Größe einer mit der Sekundärseite gekoppelten Last; und Einschalten des primären Elements durch die Steuereinheit als Reaktion auf die Detektion der sekundärseitigen Energie.
  • Klausel 62. Computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie ausgeführt werden, zumindest eines von einem Prozessor oder einer Leistungswandlervorrichtung zu konfigurieren, um eines der Verfahren gemäß den Klauseln 60–61 auszuführen.
  • Klausel 63. Leistungsschaltung gemäß Klausel 31, die Mittel zur Durchführung des Verfahrens gemäß Klausel 60 aufweist.
  • Klausel 64. Leistungsschaltung gemäß Klausel 48, die Mittel zur Durchführen des Verfahrens gemäß Klausel 61 aufweist.
  • Klausel 65. Leistungsschaltung gemäß Klausel 31, die Mittel zur Durchführen des Verfahrens gemäß den Klauseln 18–24 und 60 aufweist.
  • Klausel 66. Leistungsschaltung gemäß Klausel 48, die Mittel zur Durchführen des Verfahrens gemäß den Klauseln 25–26 und 61 aufweist.
  • Klausel 67. Leistungsschaltung gemäß Klausel 1, die Mittel zur Durchführen des Verfahrens gemäß den Klauseln 18–24 und 60 aufweist.
  • Klausel 68. Leistungsschaltung gemäß Klausel 12, die Mittel zur Durchführen des Verfahrens gemäß den Klauseln 25–26 und 61 aufweist.
  • Bei einem oder mehreren Beispielen können die beschriebenen Funktionen durch Hardware, Prozessoren, Software, Firmware oder beliebige Kombinationen hiervon erreicht werden. Wenn sie in Software realisiert sind, können die Funktionen als einer oder mehrere Befehle oder als Code auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder dahin übertragen werden und durch eine Hardware-basierte Verarbeitungseinheit ausgeführt werden. Computerlesbare Medien können computerlesbare Speichermedien enthalten, die einem greifbaren Medium, wie beispielsweise einem Datenspeichermedium, oder einem Kommunikationsmedium, einschließlich eines beliebigen Mediums, das eine Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort zu einem anderen, beispielsweise entsprechend eines Übertragungsprotokolls, ermöglicht, entsprechen. Auf diese Weise entsprechen computerlesbare Medien im Allgemeinen (1) greifbaren computerlesbaren Speichermedien, die nicht transitorisch sind, oder (2) einen Kommunikationsmedium, wie beispielsweise einem Signal oder einer Trägerwelle. Datenspeichermedien können beliebige geeignete Medien sein, auf die durch einen oder mehrere Computer oder einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um Befehle, Code und/oder Datenstrukturen zum Realisieren der in dieser Beschreibung beschriebenen Techniken zu erhalten. Ein Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Medium enthalten.
  • Nur als Beispiel, und nicht einschränkend, kann ein solches computerlesbares Speichermedium enthalten: ein RAM, ein ROM, EEPROM, eine CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, magnetische Plattenspeicher oder andere magnetische Speicherbauelemente, einen Flash-Speicher oder ein beliebiges anderes Medium, das dazu verwendet werden kann, einen gewünschten Programmcode in der Form von Befehlen oder Datenstrukturen zu speichern und auf den durch einen Computer zugegriffen werden kann. Auch wird eine beliebige Verbindung in geeigneter Weise als computerlesbares Medium bezeichnet. Wenn beispielsweise Befehle von einer Website, einem Server oder einer anderen entfernten Quelle unter Verwendung eines Koaxialkabels, eines faseroptischen Kabels, einer Twisted-Pair-Leitung, einer digitalen Teilnehmerleitung (DSL) oder drahtloser Technologien, wie beispielsweise Infrarot, Funk oder Mikrowelle, übertragen werden, dann sind das Koaxialkabel, das faseroptische Kabel, die Twisted-Pair-Leitung, DSL oder die drahtlosen Technologien, wie beispielsweise Infrarot, Funk und Mikrowelle in der Definition von Medium enthalten. Es versteht sich jedoch, dass computerlesbare Speichermedien und Datenspeichermedien keine Verbindungen, Trägerwellen, Signale oder anderen transienten Medien enthalten, sondern stattdessen nicht-transiente greifbare Speichermedien betreffen. Platte und Disk, wie sie hier verwendet werden, umfassen eine Kompakt Disk (CD), eine Laserdisk, eine optische Disk, DVDs, eine Floppydisk und Bluray-Disks, wobei Platten üblicherweise Daten magnetisch reproduzieren, während Disks Daten optisch mit Lasern reproduzieren. Kombinationen des oben erwähnten sind ebenfalls durch computerlesbare Medien umfasst.
  • Befehle können durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, wie beispielsweise eine oder mehrere digitale Signalprozessoren (DSPs), allgemeine Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Logik-Arrays (FPGAs) oder andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltungen. Entsprechend kann sich der hierin verwendete Begriff „Prozessor” auf eine beliebige der vorangegangenen Strukturen oder auf andere Strukturen beziehen, die geeignet sind, die hierin beschriebenen Verfahren zu implementieren. Zusätzlich kann gemäß einiger Aspekte die hierin beschriebene Funktionalität durch spezielle Hardware und/oder Softwaremodule realisiert werden. Auch könnten die Techniken vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen realisiert sein.
  • Die in dieser Beschreibung erläuterten Verfahren können in einem weiten Bereich von Vorrichtungen oder Apparaten, einschließlich eines drahtlosen Handgeräts, einer integrierten Schaltung (IC) oder einer Gruppe von ICs (zum Beispiel einem Chipsatz) realisiert werden. Verschiedene Komponenten, Module oder Einheiten sind in dieser Beschreibung erläutert, um funktionelle Aspekte der Vorrichtung hervorzuheben, die dazu ausgebildet sind, die beschriebenen Verfahren zu realisieren, aber erfordern nicht notwendigerweise eine Realisierung durch unterschiedliche Hardwareeinheiten. Vielmehr können, wie oben beschrieben, verschiedene Einheiten in einer Hardwareeinheit kombiniert werden oder durch eine Sammlung von zusammenarbeitenden Hardwareeinheiten bereitgestellt werden, einschließlich einem oder mehreren Prozessoren, wie oben beschrieben, in Verbindung mit geeigneter Hardware und/oder Firmware.
  • Verschiedene Beispiele wurden beschrieben. Viele der beschriebenen Beispiele betreffen Verfahren zur Kommunikation zwischen der Sekundär- und Primärseite eines Sperrwandlers, um die Verwendung eines gemeinsamen Controllers für beide Seiten des Sperrwandlers zu ermöglichen. Allerdings können die beschriebenen Verfahren zur Kommunikation zwischen zwei Seiten eines Transformators auch aus anderem Anlass oder bei anderen Transformatoranwendungen eingesetzt werden.

Claims (31)

  1. Eine Leistungsschaltung, die aufweist: Einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Primärseite ein primäres Element aufweist, das dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise basierend auf einer Primärspannung oder einem Primärstrom auf der Primärseite einzuschalten oder abzuschalten; und eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist, wobei die Sekundärseite ein sekundäres Element und eine sekundäre Logik aufweist, die von der Primärseite isoliert ist, wobei die sekundäre Logik ausgebildet ist: Eine Änderung einer Größe einer mit der Leistungsschaltung gekoppelten Last zu detektieren; und als Reaktion auf die Feststellung einer Änderung der Größe der Last das sekundäre Element zu steuern, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über dem Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.
  2. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Änderung der Größe der Last als Reaktion auf die Feststellung zu detektieren, dass ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert ist.
  3. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Änderung der Größe der Last als Reaktion auf die Feststellung zu detektieren, dass eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  4. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Änderung der Größe der Last nach Ablauf einen Schwellenwerts einer Dauer zu detektieren, während der es die Leistungsschaltung unterlassen hat, primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen.
  5. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 4, wobei der Schwellenwert der Dauer wenigstens eine Millisekunde beträgt.
  6. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 4, wobei der Schwellenwert der Dauer wenigstens eine Sekunde beträgt.
  7. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 4, wobei der Schwellenwert der Dauer zumindest größer ist als eine mit dem primären Element assoziierte Austastzeit.
  8. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie durch Abschalten des sekundären Elements zu unterlassen, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite größer oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  9. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–8, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu übertragen, indem sie: Während das sekundäre Element anfänglich eingeschaltet ist, es nachfolgend zu unterlassen, das sekundäre Element auszuschalten, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  10. Leistungsschaltung gemäß der Ansprüche 1–9, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu übertragen, indem sie: Während das sekundäre Element anfänglich abgeschaltet ist, das sekundäre Element nachfolgend einzuschalten, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Stromschwellenwert und eine Ausgangsspannung an der Sekundärseite kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  11. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–10, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie durch Abschalten des sekundärseitigen Elements zu vervollständigen, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite einen maximalen negativen Stromschwellenwert erreicht.
  12. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–11, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, die Übertragung der sekundärseitigen Energie durch Abschalten des sekundären Elements zu vervollständigen, nachdem ein Schwellenwert einer Dauer, die im Einklang damit steht, wenn ein sekundärseitiger Strom an der Sekundärseite einen maximalen negativen Stromschwellenwert erreicht.
  13. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–12, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element im Einklang mit Synchrongleichrichtung einzuschalten, nachdem das primäre Element ausschaltet.
  14. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 13, wobei die sekundäre Logik ferner dazu ausgebildet ist, das sekundäre Element als Reaktion auf die Feststellung einzuschalten, dass ein Sekundärstrom an dem sekundären Element größer oder gleich einem Stromschwellenwert und eine sekundäre Spannung an dem sekundären Element kleiner oder gleich einem Spannungsschwellenwert ist.
  15. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–14, wobei die Leistungsschaltung ein Leistungssperrwandler ist.
  16. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–15, wobei die sekundärseitige Energiemenge ausreicht, um der Primärseite anzuzeigen, dass das primäre Element eingeschaltet oder ausgeschaltet werden sollte.
  17. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1–16, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators dazu ausgebildet sind, primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen, um eine mit der Sekundärseite gekoppelte Last mit Energie zu versorgen.
  18. Leistungsschaltung, die aufweist: Einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; eine Sekundärseite, die mit der Sekundärwicklung gekoppelt ist; und eine Primärseite, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Primärseite ein primäres Element und einen primären Controller aufweist, der dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest dadurch zu steuern, dass er auf der Primärseite eine sekundärseitige Energie detektiert, die als Reaktion darauf, dass die Sekundärseite eine Änderung der Größe einer mit der Sekundärseite gekoppelten Last detektiert, von der Sekundärseite über den Transformator an die Primärseite übertragen wird.
  19. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 18, wobei der primäre Controller ferner dazu ausgebildet ist, die von der Sekundärseite über den Transformator übertragene sekundärseitige Energie zu detektieren, nachdem ein Schwellenwert einer Dauer abgelaufen ist, während der es die Leistungsschaltung unterlassen hat, primärseitige Energie über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen.
  20. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 19, wobei der Schwellenwert der Dauer wenigstens eine Millisekunde beträgt.
  21. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 19, wobei der Schwellenwert der Dauer wenigstens eine Sekunde beträgt.
  22. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 19, wobei der Schwellenwert der Dauer zumindest größer ist als eine mit dem primären Element assoziierte Austastzeit.
  23. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 18–22, wobei der primäre Controller dazu ausgebildet ist, die sekundärseitige Energie zu detektieren, indem er von Folgendem zumindest eines detektiert: eine Primärspannung an der Primärseite, die einem Spannungsschwellenwert genügt; oder einen Primärstrom an der Primärseite, der einem Stromschwellenwert genügt.
  24. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 23, wobei der primäre Controller einer Spannung über dem primären Element entspricht.
  25. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 23, wobei der Primärstrom ein Strom ist, der aus der Primärwicklung austritt.
  26. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 18–25, wobei der primäre Controller ferner dazu ausgebildet ist, das primäre Element abzuschalten, nachdem eine Dauer abgelaufen ist, seit das primäre Element zuletzt eingeschaltet hat.
  27. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 18–26, wobei der primäre Controller ferner dazu ausgebildet ist, das primäre Element zumindest teilweise basierend auf einer übertragenen sekundärseitigen Energiemenge zu steuern.
  28. Leistungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 18–27, wobei die primäre Wicklung eine erste Primärwicklung ist, der Transformator eine zweite Primärwicklung aufweist, und die Primärspannung einer Spannung über der sekundären Primärwicklung entspricht.
  29. Leistungsschaltung gemäß Anspruch 28, wobei der Primärstrom ein Strom ist, der aus der zweiten Primärwicklung austritt.
  30. Verfahren, das aufweist: Steuern eines sekundären Elements einer Sekundärseite eines Leistungswandlers im Einklang mit Synchrongleichrichtung durch eine auf der Sekundärseite positionierte Steuereinheit, wobei das sekundäre Element mit einer Sekundärwicklung eines Transformators des Leistungswandlers gekoppelt ist; Detektieren einer Änderung einer Größe einer mit der Sekundärseite des Leistungswandlers gekoppelten Last durch die Steuereinheit; und Steuern des sekundären Elements durch die Steuereinheit als Reaktion auf die Feststellung einer Änderung der Größe der Last, um sekundärseitige Energie über den Transformator von der Sekundärseite an die Primärseite des Leistungswandlers zu übertragen, um eine primärseitige Energiemenge zu steuern, die über den Transformator von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen wird.
  31. Verfahren, das aufweist: Detektieren einer sekundärseitigen Energie, die als Reaktion auf eine Änderung einer Größe einer mit einer Sekundärseite eines Leistungswandlers gekoppelten Last von der Sekundärseite des Leistungswandlers über einen Transformator des Leistungswandlers an die Primärseite übertragen wird, mittels einer Steuereinheit, die an der Primärseite des Leistungswandlers positioniert ist; und Einschalten des primären Elements durch die Steuereinheit als Reaktion auf die Detektion der sekundärseitigen Energie.
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