DE102018119153A1

DE102018119153A1 - Verfahren und Einrichtung zum Messen eines Ausgangsstroms und/oder einer Ausgangsleistung für isolierte Leistungswandler

Info

Publication number: DE102018119153A1
Application number: DE102018119153.7A
Authority: DE
Inventors: Xiaowu Gong
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-02-14
Also published as: US10541618B2; CN109391154A; CN109391154B; US20190052174A1

Abstract

Ein Sperrwandler beinhaltet einen Primärseitenschalter, der mit einer Primärseitenwicklung einer magnetischen Vorrichtung verbunden ist, und einen Sekundärseitenschalter, der mit einer Sekundärseitenwicklung der magnetischen Vorrichtung verbunden ist. Der Sperrwandler wird betrieben durch Steuern des Primärseitenschalters zum Speichern von Energie in der magnetischen Vorrichtung während EIN-Perioden des Primärseitenschalters, Einschalten des Sekundärseitenschalters synchron mit dem Ausschalten des Primärseitenschalters zum Übertragen von Energie von der magnetischen Vorrichtung zu der Sekundärseite, Bestimmen einer Aus-Zeit des Sekundärseitenschalters basierend auf einer reflektierten Eingangsspannung, die an der Sekundärseitenwicklung gemessen wird, wenn der Primärseitenschalter eingeschaltet ist, Berücksichtigen einer Einschwingzeit für die reflektierte Eingangsspannung, wenn die Aus-Zeit des Sekundärseitenschalters bestimmt wird, so dass die Einschwingzeit einen kleinen oder keinen Effekt auf die Aus-Zeit aufweist, und Ausschalten des Sekundärseitenschalters basierend auf der Aus-Zeit.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft isolierte Leistungswandler, insbesondere das Messen eines Ausgangsstroms und/oder einer Ausgangsleistung für isolierte Leistungswandler.
HITNERGRUND
Wandler mit einer isolierten Topologie, wie etwa Sperrwandler (flyback converter) und Durchflusswandler (forward converter), werden weitgehend zur Leistungswandlung verwendet. Ein Durchflusswandler ist ein DC-DC-Wandler (DC: Direct Current - Gleichstrom), der die Ausgangsspannung erhöht oder verringert und eine galvanische Isolation für die Last bereitstellt. Ein Sperrwandler kann sowohl zur AC-DC- (AC: Alternating Current - Wechselstrom) als auch DC-DC-Wandlung mit einer galvanischen Isolation zwischen Eingang und Ausgang verwendet werden. In beiden Fällen erzeugt eine Steuerung ein Schaltsignal zum Regeln der Ausgabe des Leistungswandlers als Reaktion auf ein Rückkopplungssignal. Das Schaltsignal steuert eine Leistungsschaltervorrichtung zum Schalten einer magnetischen Vorrichtung, wie etwa eines Transformators oder zweier Induktivitäten, die einem gemeinsamen Kern teilen, an. Die magnetische Vorrichtung ist mit einer Eingangsspannung des Leistungswandlers verbunden. Die Energie der magnetischen Vorrichtung wird an den Ausgang des Leistungswandlers durch einen Gleichrichter und einen Kondensator übertragen. Ein Widerstand ist typischerweise in Reihe mit der Leistungsschaltervorrichtung verbunden, um ein Stromerfassungssignal als Reaktion auf den Schaltstrom der magnetischen Vorrichtung zu erzeugen. Das Stromerfassungssignal wird in die Steuerung zum Steuern eines Betriebs des Leistungswandlers eingegeben.
Isolierte Leistungswandler können in einem nichtkontinuierlichen Strommodus (DCM: Discontinuous Current Mode) betrieben werden, wenn die magnetische Vorrichtung vollständig entladen ist, bevor der nächste Schaltzyklus beginnt. Falls das Schaltsignal aktiviert wird, bevor die magnetische Vorrichtung vollständig entladen ist, kann der Leistungswandler in einem kontinuierlichen Strommodus (CCM: Continuous Current Mode) betrieben werden. Ein kontinuierlicher Strom kann in der magnetischen Vorrichtung aufrechterhalten werden, wenn ein isolierter Leistungswandler in dem CCM betrieben wird. Sowohl in dem DCM- als auch dem CCM-Fall muss der maximal zulässige Ausgangsstrom und/oder die maximal zulässige Ausgangsleistung für das Wandlersystem bestimmt werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Wandlers sicherzustellen.
Herkömmliche Ansätze zum Detektieren eines Ausgangsstroms, wenn ein isolierter Leistungswandler in dem CCM betrieben wird, erfordern eine Spitzendetektion und Abtast-Halten für den Spitzenwert des Stromerfassungssignals, das dem Schaltstrom der magnetischen Vorrichtung entspricht. Jedoch weist der Spitzendetektion-und-Abtast-Halte-Schaltkreis eine inhärente Verzögerung auf und die resultierende Abtast-Halte-Spannung, die durch den Schaltkreis ausgegeben wird, ist höher als die tatsächliche Spitzenspannung des Stromerfassungssignals, was zu einer Messungenauigkeit führt. Außerdem tritt am Anfang jedes Schaltzyklus in dem CCM eine Steigende-Flanke-Spitze in dem Stromerfassungssignal auf, die die Messung des anfänglichen kontinuierlichen Stroms verschleiert, der die Energie repräsentiert, die in der magnetischen Vorrichtung am Anfang des Schaltzyklus gespeichert ist. Zudem messen herkömmliche Spitzendetektion-und-Abtast-Halte-Schaltkreise lediglich einen durchschnittlichen Ausgangsstrom und nicht die Ausgangsleistung.
KURZDARSTELLUNG
Es werden ein Leistungswandler nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 13 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform eines Leistungswandlers umfasst der Leistungswandler eine Leistungsschaltervorrichtung, die mit einer magnetischen Vorrichtung, insbesondere einem Transformator oder dergleichen, gekoppelt ist, und eine Steuerung. Die Steuerung ist zum Erzeugen eines Schaltsignals zum Ansteuern der Leistungsschaltervorrichtung basierend auf einem Rückkopplungssignal und einem Stromerfassungssignal, das einem Schaltstrom der magnetischen Vorrichtung entspricht, funktionsfähig. Die Steuerung ist auch zum Berechnen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms und/oder eines maximalen Ausgangsstroms für den Leistungswandler basierend auf wenigstens zwei Messungen des Stromerfassungssignals, die während einer Einschaltperiode der Leistungsschaltervorrichtung vorgenommen werden, funktionsfähig. Eine erste der wenigstens zwei Messungen wird an dem Ende einer ersten Zeitverzögerung von dem Anfang der Einschaltperiode vorgenommen und eine zweite der wenigstens zwei Messungen wird vorgenommen, wenn ein Betrag des Stromerfassungssignals eine vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugeordnet ist und oberhalb derer die Leistungsschaltervorrichtung eingerichtet ist, auszuschalten.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Leistungswandlers mit einer Leistungsschaltervorrichtung, die mit einer magnetischen Vorrichtung, insbesondere einem Transformator oder dergleichen, gekoppelt ist, umfasst das Verfahren Folgendes: Erzeugen eines Schaltsignals zum Ansteuern der Leistungsschaltervorrichtung basierend auf einem Rückkopplungssignal und einem Stromerfassungssignal, das einem Schaltstrom der magnetischen Vorrichtung entspricht; Erfassen einer ersten Messung des Stromerfassungssignals, die an dem Ende einer ersten Zeitverzögerung von dem Anfang einer Einschaltperiode der Leistungsschaltervorrichtung vorgenommen wird; Erfassen einer zweiten Messung das Stromerfassungssignals, die vorgenommen wird, wenn ein Betrag des Stromerfassungssignals eine vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugeordnet ist und oberhalb derer die Leistungsschaltervorrichtung zum Ausschalten gestaltet ist; und Berechnen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms und/oder eines maximalen Ausgangsstroms für den Leistungswandler basierend auf wenigstens der ersten und zweiten erfassten Messung des Stromerfassungssignals.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden für einen Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, es sei denn, sie schließen sich gegenseitig aus. Die Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung ausführlich beschrieben.

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Sperrwandlers, der zum Messen eines Ausgangsstroms und/oder einer Ausgangsleistung gestaltet ist.
2 und 3 veranschaulichen verschiedene Wellenformen, die mit dem Betrieb des Sperrwandlers aus 1 assoziiert sind.
4 veranschaulicht ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Messen des Ausgangsstroms für einen isolierten Wandler.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Messen des Ausgangsstroms für einen isolierten Wandler.
6 veranschaulicht verschiedene Wellenformen, die mit dem Messen einer Ausgangsleistung für den Sperrwandler aus 1 assoziiert sind.
7 veranschaulicht ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Messen der Ausgangsleistung für einen isolierten Wandler.
8 veranschaulicht ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Implementieren einer Quadratfunktion zur Verwendung beim Messen der Ausgangsleistung für einen isolierten Wandler.
9 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Messen der Ausgangsleistung für einen isolierten Wandler.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen Ausführungsformen messen einen Ausgangsstrom und/oder eine Ausgangsleistung für isolierte Leistungswandler, wie etwa Sperr- und Durchflusswandler, genau. Durch Verwenden einer Ausschaltverzögerungszeit für die Hauptleistungsschaltervorrichtung des Wandlers als eine Steigende-Flanke-Austastzeit zum Erzeugen eines Abtast-und-Halte-Pulssignals können ein durchschnittlicher Ausgangsstrom und/oder eine durchschnittliche Ausgangsleistung genau berechnet werden. Die eingesetzte Schaltungsanordnung weist insofern eine reduzierte Komplexität auf, als es keinen Bedarf zur Spitzendetektion und zum Halten gibt. Außerdem können Tal(anfängliche)-Spannungsinformationen erhalten werden, während Fehler vermieden werden, die durch Steigende-Flanke-Spitzen am Anfang jedes Schaltzyklus eingeführt werden. Die hier beschriebenen Ausführungsformen treffen sowohl auf einen CCM- als auch auf einen DCM-Betrieb zu und sind unten in dem Zusammenhang eines Sperrwandlers ausführlicher beschrieben, allerdings sind sie aber auch auf andere Typen von isolierten Leistungswandlern, wie etwa Durchflusswandler, anwendbar.
1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Sperrwandlers, der eine Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1, die mit einer Primärseitenwicklung L_P einer magnetischen Vorrichtung 100, wie etwa eines Transformators oder zweier Induktivitäten, die einen gemeinsamen Kern teilen, verbunden ist, einen Gleichrichterschaltkreis 102, z. B. einschließlich einer Diode D1 und eines Kondensators C1, der mit einer Sekundärseitenwicklung L_S der magnetischen Vorrichtung 100 verbunden ist, und eine Primärseitensteuerung 104, die dazu funktionsfähig ist, die Ausgabe des Leistungswandlers zu regeln, beinhaltet. Die Steuerung 104 erzeugt ein Schaltsignal Sw zum Ansteuern des Leistungsschalters Q1 basierend auf einem Rückkopplungssignal V_FB und einem Stromerfassungssignal V_CS . Die magnetische Vorrichtung 100 ist mit einer Eingangsspannung V_IN des Leistungswandlers verbunden und die in der magnetischen Vorrichtung 100 gespeicherte Energie wird an die Ausgangsspannung V_O des Leistungswandlers durch die Diode D1 und den Kondensator C1 übertragen. Ein Widerstand R_CS , der in Reihe mit der Leistungsschaltervorrichtung Q1 verbunden ist, erzeugt das Stromerfassungssignal V_CS als Reaktion auf den Schaltstrom I_P der magnetischen Vorrichtung 100.
Die Primärseitenschaltervorrichtung Q1 ist als ein Leistung-MOSFET in 1 gezeigt. Jedoch kann ein beliebiger geeigneter Leistungstransistor für die Schaltervorrichtung Q1 verwendet werden, wie etwa unter anderem ein Leistung-MOSFET, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor - Bipolartransistor mit isoliertem Gate), HEMT (High-Electron Mobility Transistor - Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) usw. Das Schalten der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 wird durch die Primärseitensteuerung 104 gesteuert, die ein Schaltsignal Sw basierend auf der Eingangsspannung V_IN , dem Schaltstrom I_P der magnetischen Vorrichtung 100, wie durch das Stromerfassungssignal V_CS repräsentiert, das über den Widerstand R_CS entwickelt wird, und dem Rückkopplungssignal V_FB erzeugt. Eine Schaltsteuerung einer Primärseitenleistungsschaltervorrichtung eines Sperrwandlers ist in der Technik wohlbekannt und daher wird keine weitere Erklärung mit Bezug auf die Schaltsteuerung der Leistungsschaltervorrichtung Q1 bereitgestellt.
Eine Schaltungsanordnung 106, die in der Leistungswandlersteuerung 104 enthalten oder mit dieser assoziiert ist, berechnet einen durchschnittlichen Ausgangsstrom und/oder eine durchschnittliche Ausgangsleistung für den Leistungswandler basierend auf wenigstens zwei Messungen des Stromerfassungssignals V_CS , die während der Einschaltperiode (T_ON ) der Leistungsschaltervorrichtung Q1 jedes Schaltzyklus vorgenommen werden. Eine erste der wenigstens zwei Messungen wird an dem Ende einer ersten Zeitverzögerung (t_LEB ) von dem Anfang der Einschaltperiode vorgenommen. Eine zweite der wenigstens zwei Messungen wird vorgenommen, wenn ein Betrag des Stromerfassungssignals V_CS eine vordefinierte Schwellenspannung (V_th ) erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist und oberhalb derer die Leistungsschaltervorrichtung Q1 zum Ausschalten gestaltet ist. Mit diesen zwei erfassten Messungen des Stromerfassungssignals V_CS kann die Schaltungsanordnung 106, die in der Steuerung 104 enthalten oder mit dieser assoziiert ist, den durchschnittlichen Ausgangsstrom für den Leistungswandler berechnen. Durch Erfassen einer dritten Messung des Stromerfassungssignals V_CS , die zwischen der ersten und zweiten Messung vorgenommen wird, kann die Schaltungsanordnung 106 auch die Ausgangsleistung für den Leistungswandler berechnen. Eine Berechnung des durchschnittlichen Ausgangsstroms wird als Nächstes beschrieben, gefolgt von einer Berechnung der Ausgangsleistung.
Durchschnittsausgangsstromberechnung
2 veranschaulicht verschiedene Wellenformen, die mit dem Betrieb des in 1 gezeigten Sperrwandlers assoziiert sind. Der Ausgangsstrom I_O des Leistungswandlers kann so ausgedrückt werden, wie durch Folgendes gegeben ist: $I_{O} = \frac{(I_{S P} + I_{S A})}{2} \times \frac{T_{O F F}}{T}$
wobei I_SP die Spitze des Sekundärseitenausgangsstromsignals I_S ist, I_SA der Talwert das Sekundärseitenausgangsstroms I_S ist und I_O der durchschnittliche kontinuierliche Sekundärseitenausgangsstrom ist.
Durch Substitution des Primärseitenstroms in Gleichung (1) ist der Ausgangsstrom I_O gegeben durch: $\begin{array}{l} I_{O} = \frac{(\frac{N_{P}}{N_{S}} \times I_{P P} + \frac{N_{P}}{N_{S}} \times I_{P A})}{2} \times \frac{T_{O F F}}{T} \\ = \frac{1}{2} \times (\frac{N}{N_{S}^{P}}) \times \frac{1}{R_{C S}} \times \frac{1}{T} \times (V_{k} + V_{P A}) \times T_{O F F} \\ = \frac{1}{2} \times (\frac{N}{N_{S}^{P}}) \times \frac{1}{R_{C S}} \times \frac{1}{T} \times (V_{S p i t z e} + V_{T a l}) \times T_{O F F} \end{array}$
wobei N_P die Anzahl an Windungen der Primärseitenwicklung L_P ist, N_S die Anzahl an Windungen der Sekundärseitenwicklung L_S ist, T die Schaltperiode ist, T_OFF eine Ausschaltperiode der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 ist, V_Tal der Betrag des Stromerfassungssignals V_CS beim Einschalten der Leistungsschaltervorrichtung Q1 ist und V_Spitze der Betrag des Stromerfassungssignals V_CS beim Ausschalten der Leistungsschaltervorrichtung Q1 ist.
Aus Gleichung (2) wird, falls die Integration von (V_Spitze+V_Tal) ×T_OFF konstant ist, der Ausgangsstrom I_O konstant sein und hängt nicht von der Eingangsspannung V_IN ab. Jedoch gibt es, wie in 2 gezeigt ist, eine Steigende-Flanke-Spitze I_Spike in dem Schaltstrom I_P der magnetischen Vorrichtung am Anfang jedes neuen Schaltzyklus (T) und daher eine entsprechende Spitze V_Spike in dem Stromerfassungssignal V_CS , das durch die Steuerung 104 verarbeitet wird. Falls diese Steigende-Flanke-Spitze nicht berücksichtigt wird, wird die V_Tal -Messung, die am Anfang der Einschaltperiode (T_ON ) von Q1 vorgenommen wird, einen signifikanten Fehler/eine signifikante Ungenauigkeit aufweisen.
3 veranschaulicht einen Schaltzyklus der V_CS -Wellenform mit der problematischen Steigende-Flanke-Spitze V_Spike . Am Anfang (t₀) der Einschaltperiode T_ON der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 beginnt das Stromerfassungssignal V_CS , schnell rampenartig als Reaktion auf eine entsprechende Spitze I_Spike des Schaltstroms I_P der magnetischen Vorrichtung anzusteigen. Zur Zeit t₁ ist die Spitze V_Spike in dem Stromerfassungssignal V_CS bereits abgeklungen. Die Verzögerung (t_LEB ) zwischen der Zeit t₀ und t₁ wird hier als eine Steigende-Flanke-Austastzeit bezeichnet und wird so bestimmt, dass ermöglicht wird, dass die Spitze V_Spike in dem Stromerfassungssignal V_CS zur Zeit t₁ abgeklungen ist. Nach der Zeit t₁ steigt das Stromerfassungssignal V_CS langsam rampenartig an und folgt $\frac{V_{i n}}{L_{p}} \times R_{C S} \times t$
Außerdem erfasst die Steuerung 104 eine Messung des Stromerfassungssignals V_CS , die zur Zeit t₁ vorgenommen wird, z. B. durch Abtasten und Halten der V_CS -Messung bei t₁ . Zur Zeit t₂ gleicht das Stromerfassungssignal V_CS der vordefinierten Schwellenspannung V_th , die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist. Die Leistungsschaltervorrichtung Q1 ist so gestaltet, dass sie oberhalb dieser Schwellenspannung ausschaltet.
Jedoch gibt es eine inhärente Verzögerung, bevor die Leistungsschaltervorrichtung Q1 ausschaltet, z. B. aufgrund einer Komparatorschaltungsanordnung, die verwendet wird, um zu detektieren, wann V_CS gleich V_th ist, und einer Ansteuerungsschaltungsanordnung, die verwendet wird, um die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 anzusteuern. Dementsprechend schaltet die Leistungsschaltervorrichtung Q1 zur Zeit t₃ aus. Die Verzögerung zwischen der Zeit t₂ und t₃ wird hier als Ausschaltverzögerung (t_verzögerung) bezeichnet. Basierend auf den oben erklärten Bedingungen werden die folgenden Gleichungen abgeleitet: $\begin{array}{l} V_{T a l} = V_{L E B} - Δ V_{L E B} \\ V_{S p i t z e} = V_{t h} + Δ V_{\ddot{U} b e r s c h w i n g e n} \end{array}$
Der Ausdruck (V_Spitze+V_Tal) kann dann ausgedrückt werden als: $\begin{matrix} V_{S p i t z e} + V_{T a l} = (V_{t h} + Δ V_{\ddot{U} b e r s c h w i n g e n}) + (V_{L E B} - \underset{L E B}{Δ V}) \\ = (V_{t h} + V_{L E B}) + (Δ V_{\ddot{U} b e r s c h w i n g e n} - Δ V_{L E B}) \end{matrix}$
wobei V_LEB der Unterschied zwischen V_CS zu Zeiten t₀ und t₁ ist und V_{Überschwingen} der Unterschied zwischen V_CS zu Zeiten t₂ und t₃ ist.
Bei einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung 104 bei dem momentanen Schaltzyklus die Ausschaltverzögerung t_Verzögerung von dem Zeitpunkt, wenn das Stromerfassungssignal V_CS die vordefinierte Schwellenspannung V_th erreicht, die der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Leistungsschaltervorrichtung Q1 ausschaltet. In dem nächsten Schaltzyklus stellt die Steuerung 104 die Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB zum Erfassen der ersten Messung V_LEB des Stromerfassungssignals V_CS auf die Ausschaltverzögerung t_Verzögerung ein, die für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wird. Bei einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung 104 die Ausschaltverzögerung t_Verzögerung als die Zeitmenge, die benötigt wird, damit der Betrag des Stromerfassungssignals V_CS vom Erreichen der vordefinierten Schwellenspannung V_th , die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, zum Erreichen von null Volt am Ende des Schaltzyklus übergeht.
Durch Einstellen der Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB für den nächsten Schaltzyklus auf gleich der Ausschaltverzögerung t_Verzögerung, die für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wird, werden ΔV_{Überschwingen} =ΔV_LEB Gleichung (5) vereinfacht zu: $V_{S p i t z e} + V_{T a l} = V_{t h} + V_{L E B}$
Weil die Steuerung 104 den V_LEB -Messwert des Stromerfassungssignals V_CS , der zur Zeit t₁ aufgenommen wurde, erfassen kann (z.B. Abtasten und Halten) und die Schwellenspannung V_th , die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist, vordefiniert und der Steuerung 104 bekannt ist, kann der CCM-Betrieb-Ausgangsstrom durch die Steuerung 104 berechnet werden.
4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung 106, die in der Steuerung 104 enthalten oder mit dieser assoziiert ist, zum Berechnen des Ausgangsstroms des isolierten Wandlers für einen CCM-Betrieb. Gemäß dieser Ausführungsform tastet ein Abtast-und-Halte-Schaltkreis A₀ den Spannungswert des Stromerfassungssignals V_CS , gemessen zur Zeit t₁ , gerade nachdem die Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB verstrichen ist, ab und hält (erfasst) diesen und verwendet die Ausschaltverzögerung t_Verzögerung, die durch einen Schaltkreis A₅ für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wurde, als die Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB . Ein Komparator A₈ bestimmt, wann das Stromerfassungssignal V_CS die vordefinierte Schwellenspannung V_th erreicht, die der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist. Die Leistungsschaltervorrichtung Q1 schaltet eine gewisse Zeit, nachdem V_CS V_th erreicht hat, aus. Nachdem V_CS höher als V_th geworden ist, detektiert der Schaltkreis A₅ das Ausschalten des Leistungsschalters Q1, z. B. wenn V_CS auf 0 V abfällt, und liefert den entsprechenden Wert der Ausschaltverzögerung t_Verzögerung in den Abtast-und-Halte-Schaltkreis A₀ . Ein Oszillator A₂ erzeugt ein Signal PLS und schaltet in Verbindung mit einem Puffer A₄ , einem Flip-Flop A₉ und einem logischen Gatter A₁₀ die Leistungsschaltervorrichtung Q1 am Anfang des nächsten Schaltzyklus ein.
Nachdem die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 ausgeschaltet wurde, berechnet ein Schaltkreis A₁ V_LEB+V_Spitze und integriert ein Schaltkreis A₃ die Summe über die Ausschalterperiode T_OFF der Leistungsschaltervorrichtung Q1, um den durchschnittlichen Ausgangsstrom für den Leistungswandler zu berechnen. Ein Komparator A₆ vergleicht die Ausgabe des Schaltkreises A₃ mit einer Zielspannung V_R . Ein Schaltkreis A₇ aktualisiert die vordefinierte Schwellenspannung V_th , die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 für den nächsten Schaltzyklus zugewiesen ist, basierend auf den Vergleichsergebnissen wie folgt. Falls die integrierte Summe von V_LEB+V_Spitze oberhalb von V_R liegt, verringert der Schaltkreis A₇ V_th für den nächsten Schaltzyklus, um die Integrationsausgabe zu verringern. Falls die integrierte Summe von V_LEB+V_Spitze unterhalb von V_R liegt, erhöht der Schaltkreis A₇ V_th für den nächsten Schaltzyklus, um die Integrationsausgabe zu erhöhen. Falls die integrierte Summe von V_LEB+V_Spitze innerhalb von V_R plus einer Toleranz (z. B. 2%, 5%, usw.) liegt, hält der Schaltkreis A₇ V_th auf dem momentanen Pegel für den nächsten Schaltzyklus, um die Integrationsausgabe gleich wie für den vorhergehenden Schaltzyklus zu halten.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Berechnen des durchschnittlichen Ausgangsstroms des Leistungswandlers. Am Anfang jedes Schaltzyklus (Block 200) wird die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 durch ein Interner-Oszillator-Ausgangssignal PLS eingeschaltet (Block 202). Die Steuerung 104 tastet die V_CS -Messung V_LEB, die gerade nach der Steigenden-Flanke-Austastzeit t_LEB vorgenommen wurde, wobei t_LEB gleich der Ausschaltverzögerung t_Verzögerung aus dem vorigen Schaltzyklus ist (Block 204), ab und hält (erfasst) diese. Wenn die V_CS -Spannung die vordefinierte Schwellenspannung V_th erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist, initiiert die Steuerung 104 das Ausschalten von Q1 (Block 206). Nachdem die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 ausgeschaltet wurde, detektiert die Steuerung 104 die Ausschaltverzögerung für Q1 (Block 208) und verwendet diesen Verzögerungswert als die Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB für den nächsten Schaltzyklus (Block 204). Die Steuerung 104 integriert auch V_LEB+V_Spitze über die Ausschalterperiode T_OFF der Leistungsschaltervorrichtung Q1, um den durchschnittlichen Ausgangsstrom für den Leistungswandler (Block 210) zu berechnen. Die Steuerung 104 vergleicht die Integrationsergebnisse mit einer Zielspannung V_R (Block 212) und aktualisiert die vordefinierte Schwellenspannung V_th für den nächsten Schaltzyklus V_th (Block 214).
Wie oben erklärt, kann die Steuerung 104, wenn die Ausgabe der Integration höher als die Zielspannung V_R für den nächsten Schaltzyklus ist, V_TH reduzieren, um die Integrationsausgabe zu verringern. Wenn die Ausgabe der Integration niedriger als die Zielspannung V_R für den nächsten Schaltzyklus ist, kann die Steuerung 104 V_TH erhöhen, um die Integrationsausgabe zu erhöhen. Wenn die Ausgabe der Integration innerhalb einer gewissen Toleranz von V_R für den nächsten Schaltzyklus liegt, kann die Steuerung 104 V_TH so beibehalten, dass die Ausgabe der Integration die gleiche wie für den vorhergehenden Schaltzyklus ist.
Maximalausgangsleistungsberechnung
Zusätzlich oder separat dazu kann die Steuerung 104 die Ausgangsleistung für den isolierten Leistungswandler berechnen. Für einen CCM-Betrieb kann angenommen werden, dass die Schaltfrequenz f_s konstant ist und der Wirkungsgrad η konstant ist. Unter diesen Bedingungen wird die Wandlerausgangsleistung durch die in jedem Schaltzyklus gespeicherte Energie bestimmt, wie durch Folgendes gegeben ist: $\begin{matrix} p_{o m a x} = \frac{1}{2} \times f_{s} \times L_{P} \times (I_{S p i t z e}^{2} - I_{T a l}^{2}) \times η \\ = \frac{1}{2 \times R_{C S}^{2}} \times f_{s} \times L_{P} \times (V_{S p i t z e}^{2} - V_{T a l}^{2}) \times η \end{matrix}$
wobei L_P die Hauptinduktivität der Primärspule L_P der magnetischen Vorrichtung 100 ist und V_Spitze und V_Tal dem Spitzen- bzw. Talwert des Primärinduktivitätsstroms Ip entsprechen. Die Parameter V_Spitze und V_Tal werden zum Beurteilen einer maximalen Leistungsgrenze verwendet.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform zum individuellen Detektieren von V_Spitze und V_Tal . Zur Zeit t₀ beginnt das Stromerfassungssignal V_CS , schnell rampenartig anzusteigen. Die Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB endet zur Zeit t₁ . Nach der Zeit t₁ steigt das Stromerfassungssignal V_CS langsam rampenartig an und folgt $\frac{V_{i n}}{L_{p}} \times R_{C S} \times t .$
Auch zur Zeit t₁ tastet die Steuerung 104 die Vcs-Spannung, die sich bei einem Pegel V_LEB befindet, ab und hält (erfasst) diese. Nachdem eine weitere Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB zur Zeit t₂ abgeschlossen wurde, tastet die Steuerung 104 die V_CS -Spannung, die sich bei einem Pegel V_2LEB befindet, ab und hält (erfasst) diese. Zur Zeit t₃ gleicht die V_CS -Spannung der vordefinierten Schwellenspannung V_th , die der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 zugewiesen ist. Nach einer gewissen Aus-Zeitverzögerung t_Verzögerung, während derer V_CS auf oberhalb von V_th zunimmt und dann auf 0 V abnimmt, schaltet die Leistungsschaltervorrichtung Q1 zur Zeit t₄ aus.
Die Steuerung 104 kann die V_Spitze- und V_Tal-Parameter wie folgt bestimmen: $V_{T a l} = V_{L E B} - Δ V_{L E B}$
$V_{S p i t z e} = V_{t h} + Δ V_{\ddot{U} b e r s c h w i n g e n}$
$V_{2 L E B} = V_{L E B} + Δ V_{L E B}$
Durch Gleichsetzen der Steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB für den nächsten Schaltzyklus mit der Ausschaltverzögerungszeit t_Verzögerung aus dem vorhergehenden Schaltzyklus, werden und ΔV_{Überschwingen} =ΔV_LEB Gleichungen (8) und (9) wie folgt vereinfacht: $\begin{matrix} V_{T a l} = V_{t h} + (V_{2 L E B} - V_{L E B}) \\ = 2 \times V_{L E B} - V_{2 L E B} \end{matrix}$
$V_{S p i t z e} = V_{L E B} - (V_{2 L E B} - V_{L E B})$
Weil die Spannungsmessung V_LEB aus der Messung des Stromerfassungssignals V_CS , die zur Zeit t₁ vorgenommen wird, erfasst (z. B. durch Abtasten und Halten) werden kann, die Spannungsmessung _VLEB2 gleichermaßen aus der V_CS -Messung, die zur Zeit t₂ vorgenommen wurde, erfasst werden kann und die Spannung V_th eine vordefinierte Schwellenspannung ist, die der Steuerung 104 bekannt ist, kann die Steuerung 104 die Wandlerausgangsleistung in einem CCM-Betrieb berechnen.
7 veranschaulicht eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung 106, die in der Steuerung 104 enthalten oder mit dieser assoziiert ist, zum Berechnen der Ausgangsleistung des isolierten Wandlers für einen CCM-Betrieb. Gemäß dieser Ausführungsform erfasst ein Abtast-und-Halte-Schaltkreis A₀ die V_CS -Spannung zu Zeiten t₁ und t₂ , wobei t₁ gleich t_Verzögerung aus dem vorhergehenden Schaltzyklus ist und t₂ gleich 2×t_Verzögerung aus dem vorhergehenden Schaltzyklus ist. Ein Komparator A₉ detektiert, wann das Stromerfassungssignal V_CS die vordefinierte Schwellenspannung V_th erreicht. Das Stromerfassungssignal V_CS steigt weiterhin an, bis die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 ausschaltet. Zu diesem Zeitpunkt beginnt V_CS , langsam abzufallen. Ein Schaltkreis A₆ detektiert, wann V_CS auf 0V abfällt, und liefert die entsprechende Aus-Zeitverzögerung t_Verzögerung an den Abtast-und-Halte-Schaltkreis A₀ . Ein Oszillator A₂ erzeugt ein Signal PLS und schaltet in Verbindung mit einem Puffer A₅ , einem Flip-Flop A₁₀ und einem logischen Gatter A₁₁ die Leistungsschaltervorrichtung Q1 am Anfang des nächsten Schaltzyklus ein.
Nachdem die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 ausgeschaltet ist, berechnet der Schaltkreis A₁ V_Tal=2×V_LEB-V_2LEB und V_Spitze=V_th+V_2LEB-V_LEB. Ein Schaltkreis A₃ führt eine Quadratfunktion an der Ausgabe des Schaltkreises A₁ über die Ausschalterperiode T_OFF der Leistungsschaltervorrichtung Q1 durch. Die Ausgabe der Quadratfunktion wird in den Schaltkreis A₄ eingegeben, der V_Spitze ²-V_Tal ² berechnet. Ein Komparator A₇ vergleicht die Ausgabe des Schaltkreises A₄ mit einer Zielspannung V_R . Ein Schaltkreis A₈ aktualisiert die vordefinierte Schwellenspannung V_th , die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 für den nächsten Schaltzyklus zugewiesen ist, basierend auf den Vergleichsergebnissen wie folgt. Die Steuerung 104 verringert die vordefinierte Schwellenspannung V_th , die der Leistungsschaltervorrichtung Q1 für den nächsten Schaltzyklus zugewiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert (V_Spitze ²-V_Tal ²), der durch den Schaltkreis A₄ ausgegeben wird, oberhalb einer Zielspannung V_R in dem momentanen Schaltzyklus liegt, um die Ausgabe der Berechnung V_Spitze ²-V_Tal ² zu verringern. Die Steuerung 104 erhöht die vordefinierte Schwellenspannung V_th für den nächsten Schaltzyklus, falls der Spannungsdifferenzwert (V_Spitze ²-V_Tal ²), der durch den Schaltkreis A₄ ausgegeben wird, unterhalb der Zielspannung V_R in dem momentanen Schaltzyklus liegt, um die Ausgabe der Berechnung V_Spitze ²-V_Tal ² zu erhöhen. Die Steuerung 104 behält die vordefinierte Schwellenspannung V_th für den nächsten Schaltzyklus bei, falls der Spannungsdifferenzwert (V_Spitze ²-V_Tal ²), der durch den Schaltkreis A₄ ausgegeben wird, innerhalb der Zielspannung V_R plus einer Toleranz (z. B. 2 %, 5 % usw.) in dem momentan Schaltzyklus liegt, um die Ausgabe der Berechnung (V_Spitze ²-V_Tal ²)gleich wie für den vorhergehenden Schaltzyklus zu halten.
8 veranschaulicht eine Ausführungsform des Quadratschaltkreises A₃ , der durch die Steuerung 104 implementiert ist. Der Quadratschaltkreis ist ein Strommultiplizierer mit vier Quadranten, der Transistoren N1 bis N8 beinhaltet, die in Sättigung arbeiten. Die Transistoren N1 bis N4 sind in einer translinearen Schleife verbunden. Die Transistorpaare N5/N6 und N7/N8 sind als jeweilige Stromspiegel konfiguriert. Der Schaltkreis quadriert sowohl die Summe als auch die Differenz der Ströme I_B und subtrahiert die Ergebnisse voneinander, um die Ströme zu multiplizieren. Die durch den Quadratschaltkreis A₃ durchgeführte Berechnung ist gegeben durch: $I_{o u t} = 2 \times I_{B} + \frac{I_{i n}^{2}}{8 \times I_{B}}$
Der Quadratschaltkreis A₃ ist temperatur- und prozessunempfindlich.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Berechnen der Ausgangsleistung des Leistungswandlers. Am Anfang jedes Schaltzyklus (Block 300) wird die Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 durch ein Interner-Oszillator-Ausgangssignal PLS eingeschaltet (302). Die Steuerung 104 tastet die V_CS -Messung V_LEB, die zur Zeit t₁ vorgenommen wird, und die V_CS -Messung V_2LEB, die zur Zeit t₂ vorgenommen wird, wobei t₁ gleich t_Verzögerung des vorhergehenden Schaltzyklus ist und t₂ gleich 2×t_Verzögerung ist, ab und hält (erfasst) diese (Block 304). Wenn das Stromerfassungssignal V_CS die vordefinierte Schwellenspannung V_th erreicht, initiiert die Steuerung 104 das Ausschalten der Primärseitenleistungsschaltervorrichtung Q1 (Block 306). Die Steuerung 104 bestimmt das Ausschalten t_Verzögerung der Leistungsschaltervorrichtung Q1 (Block 308) und verwendet t_Verzögerung als die steigende-Flanke-Austastzeit t_LEB für den nächsten Schaltzyklus (Block 304). Nachdem die Leistungsschaltervorrichtung Q1 ausgeschaltet wurde, berechnet die Steuerung 104 V_Spitze=V_th+V_2LEB-V_LEB und V_Tal=2XV_LEB-V_2LEB über die Aus-Zeitperiode T_OFF der Leistungsschaltervorrichtung Q1 (Block 310). Nach dieser Berechnung implementiert die Steuerung 104 die Quadratfunktion für V_Spitze ² und V_Tal ² (Block 312) und berechnet nach der Quadratfunktion V_Spitze ² -V_Tal ² (Block 314).
Die Steuerung 104 vergleicht die Ausgabe der (V_Spitze ² -V_Tal ²)-Berechnung mit der Zielspannung V_R (Block 316) und aktualisiert den V_th -Spannungswert für den nächsten Schaltzyklus (Block 318). Wenn die Ausgabe der (V_Spitze ² -V_Tal ²) -Berechnung höher als die Zielspannung V_R für den nächsten Schaltzyklus ist, kann die Steuerung 104 V_TH reduzieren, um die Berechnungsausgabe (V_Spitze ²-V_Tal ²) zu verringern. Wenn die Ausgabe der (V_Spitze ² -V_Tal ²)-Berechnung niedriger als die Zielspannung V_R für den nächsten Schaltzyklus ist, kann die Steuerung 104 V_TH erhöhen, um die Berechnungsausgabe (V_Spitze ²-V_Tal ²)zu erhöhen. Wenn die Ausgabe der (V_Spitze ² -V_Tal ²)-Berechnung innerhalb von V_R plus einer Toleranz für den nächsten Schaltzyklus liegt, kann die Steuerung 104 den gleichen V_TH -Wert beibehalten, sodass die Berechnungsausgabe (V_Spitze ²-V_Tal ²)die gleiche wie für den vorhergehenden Schaltzyklus ist.
Ausdrücke, wie etwa „erster“, „zweiter“ und dergleichen werden verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. zu beschreiben und sind nicht als beschränkend beabsichtigt. Über die gesamte Beschreibung hinweg verweisen gleiche Begriffe auf gleiche Elemente.
Wie hier verwendet, sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein angegebener Elemente oder Merkmale anzeigen, die aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Es wird beabsichtigt, dass die Artikel „ein“, „eine“, „einer“ und „der/die/das“ sowohl den Plural als auch den Singular beinhalten, es sei denn, dass der Zusammenhang eindeutig etwas anderes angibt.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, es sei denn, dass das Gegenteil speziell angegeben wird.
Wenngleich hier spezielle Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, versteht ein Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen die gezeigten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen ersetzen kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der hier besprochenen speziellen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente von diesen beschränkt werden.

Claims

Leistungswandler, der Folgendes umfasst: eine Leistungsschaltervorrichtung, die mit einer magnetischen Vorrichtung gekoppelt ist; und eine Steuerung, die zu Folgendem eingerichtet ist: Erzeugen eines Schaltsignals zum Ansteuern der Leistungsschaltervorrichtung basierend auf einem Rückkopplungssignal und einem Stromerfassungssignal, das einen Schaltstrom der magnetischen Vorrichtung angibt; und Berechnen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms und/oder eines maximalen Ausgangsstroms für den Leistungswandler basierend auf wenigstens zwei Messungen des Stromerfassungssignals, die während einer Einschaltperiode der Leistungsschaltervorrichtung vorgenommen werden, wobei eine erste der wenigstens zwei Messungen an dem Ende einer ersten Zeitverzögerung von dem Anfang der Einschaltperiode vorgenommen wird, eine zweite der wenigstens zwei Messungen vorgenommen wird, wenn ein Betrag des Stromerfassungssignals eine vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugeordnet ist und oberhalb derer die Leistungsschaltervorrichtung eingerichtet ist, auszuschalten.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei in einem momentanen Schaltzyklus die Steuerung zum Bestimmen einer Ausschaltverzögerung von dem Zeitpunkt, wenn das Stromerfassungssignal die vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Leistungsschaltervorrichtung ausschaltet, eingerichtet ist, und wobei in einem nächsten Schaltzyklus die Steuerung zum Einstellen der ersten Zeitverzögerung zum Vornehmen der ersten der wenigstens zwei Messungen des Stromerfassungssignals auf die Ausschaltverzögerung, die für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wird, eingerichtet ist.
Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei die Steuerung zum Bestimmen der Ausschaltverzögerung als die Zeit, in der der Betrag des Stromerfassungssignals von der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, auf null Volt abnimmt, eingerichtet ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Steuerung eine Schaltungsanordnung umfasst, die zum Abtasten und Halten der ersten der wenigstens zwei Messungen am Ende der ersten Zeitverzögerung und zum Abtasten und Halten der zweiten der wenigstens zwei Messungen, wenn der Betrag des Stromerfassungssignals die vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, eingerichtet ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Steuerung einen Komparator, der zum Vergleichen einer abgetasteten Version des Stromerfassungssignals mit einer vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, eingerichtet ist, um zu bestimmen, wann der Betrag des Stromerfassungssignals die vordefinierte Schwellenspannung der Leistungsschaltervorrichtung erreicht, umfasst.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Steuerung zum Addieren der ersten und der zweiten der wenigstens zwei Messungen und zum Integrieren der Summe über eine Ausschaltperiode der Leistungsschaltervorrichtung eingerichtet ist.
Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum Verringern der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für einen nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls die integrierte Summe der ersten und der zweiten der wenigstens zwei Messungen oberhalb einer Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt, zum Erhöhen der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls die integrierte Summe der ersten und der zweiten der wenigstens zwei Messungen unterhalb der Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt, und zum Beibehalten der gleichen vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls die integrierte Summe der ersten und der zweiten der wenigstens zwei Messungen innerhalb der Zielspannung plus einer Toleranz in dem momentanen Schaltzyklus liegt.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Steuerung zum Berechnen der maximalen Ausgangsleistung für den Leistungswandler basierend auf der ersten der wenigstens zwei Messungen, der zweiten der wenigstens zwei Messungen und einer dritten der wenigstens zwei Messungen, die zwischen der ersten und der zweiten der wenigstens zwei Messungen vorgenommen wird, eingerichtet ist.
Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, die dritte der wenigstens zwei Messungen an dem Ende einer zweiten Zeitverzögerung vorzunehmen, nachdem die erste der wenigstens zwei Messungen vorgenommen wurde, und wobei die zweite Zeitverzögerung gleich der ersten Zeitverzögerung ist.
Leistungswandler nach Anspruch 9, wobei die Steuerung zum Bestimmen einer Ausschaltverzögerung von dem Zeitpunkt, wenn das Stromerfassungssignal die vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Leistungsschaltervorrichtung ausschaltet, in einem momentanen Schaltzyklus und zum Einstellen von sowohl der ersten Zeitverzögerung als auch der zweiten Zeitverzögerung auf die Ausschaltverzögerung, die für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wird, in einem nächsten Schaltzyklus eingerichtet ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 8-10, wobei die Steuerung zum Berechnen einer Talspannung und einer Spitzenspannung basierend auf der ersten, der zweiten und der dritten der wenigstens zwei Messungen, und zum Berechnen eines Spannungsdifferenzwertes basierend auf der Differenz zwischen der Talspannung im Quadrat und der Spitzenspannung im Quadrat eingerichtet ist.
Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei die Steuerung zum Verringern der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für einen nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert oberhalb einer Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt, zum Erhöhen der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert unterhalb der Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt, und zum Beibehalten der gleichen vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert innerhalb der Zielspannung plus einer Toleranz in dem momentanen Schaltzyklus liegt, eingerichtet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers mit einer Leistungsschaltervorrichtung, die mit einer magnetischen Vorrichtung gekoppelt ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Schaltsignals zum Ansteuern der Leistungsschaltervorrichtung basierend auf einem Rückkopplungssignal und einem Stromerfassungssignal, das einen Schaltstrom der magnetischen Vorrichtung angibt; Erfassen einer ersten Messung des Stromerfassungssignals, die an dem Ende einer ersten Zeitverzögerung von dem Anfang einer Einschaltperiode der Leistungsschaltervorrichtung vorgenommen wird; Erfassen einer zweiten Messung des Stromerfassungssignals, die vorgenommen wird, wenn ein Betrag des Stromerfassungssignals eine vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugeordnet ist und oberhalb derer die Leistungsschaltervorrichtung eingerichtet ist, auszuschalten; und Berechnen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms und/oder eines maximalen Ausgangsstroms für den Leistungswandler basierend auf wenigstens der ersten und der zweiten erfassten Messung des Stromerfassungssignals.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: in einem momentanen Schaltzyklus, Bestimmen einer Ausschaltverzögerung von einem Zeitpunkt, wenn das Stromerfassungssignal die vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, bis zu einem Zeitpunkt, wenn die Leistungsschaltervorrichtung ausschaltet; und in einem nächsten Schaltzyklus, Einstellen der ersten Zeitverzögerung, bei der die erste Messung des Stromerfassungssignals erfasst wird, auf die Ausschaltverzögerung, die für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Berechnen des durchschnittlichen Ausgangsstroms für den Leistungswandler Folgendes umfasst: Addieren der ersten und der zweiten erfassten Messung des Stromerfassungssignals, um eine Summe zu bilden; und Integrieren der Summe über eine Ausschaltperiode der Leistungsschaltervorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Folgendes umfasst: Verringern der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für einen nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls die integrierte Summe der ersten und der zweiten erfassten Messung oberhalb einer Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt; Erhöhen der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls die integrierte Summe der ersten und der zweiten erfassten Messung unterhalb der Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt; und Beibehalten der gleichen vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls die integrierte Summe der ersten und der zweiten erfassten Messung innerhalb der Zielspannung plus einer Toleranz in dem momentanen Schaltzyklus liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13-16, das ferner Folgendes umfasst: Erfassen einer dritten Messung des Stromerfassungssignals, die zwischen dem Vornehmen der ersten und der zweiten Messung des Stromerfassungssignals vorgenommen wird, wobei die maximale Ausgangsleistung für den Leistungswandler basierend auf der ersten, der zweiten und der dritten erfassten Messung des Stromerfassungssignals berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes umfasst: in einem momentanen Schaltzyklus, Bestimmen einer Ausschaltverzögerung von einem Zeitpunkt, wenn das Stromerfassungssignal die vordefinierte Schwellenspannung erreicht, die der Leistungsschaltervorrichtung zugewiesen ist, bis zu einem Zeitpunkt, wenn die Leistungsschaltervorrichtung ausschaltet; und in einem nächsten Schaltzyklus, Einstellen der ersten Zeitverzögerung zum Erfassen der dritten Messung des Stromerfassungssignals und einer zweiten Zeitverzögerung zum Erfassen der dritten Messung des Stromerfassungssignals auf die Ausschaltverzögerung, die für den vorhergehenden Schaltzyklus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner Folgendes umfasst: Berechnen einer Talspannung und einer Spitzenspannung basierend auf der ersten, der zweiten und der dritten erfassten Messung des Stromerfassungssignals; und Berechnen eines Spannungsdifferenzwertes basierend auf der Differenz zwischen der Talspannung im Quadrat und der Spitzenspannung im Quadrat.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner Folgendes umfasst: Verringern der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für einen nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert oberhalb einer Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt; Erhöhen der vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert unterhalb der Zielspannung in dem momentanen Schaltzyklus liegt; und Beibehalten der gleichen vordefinierten Schwellenspannung, die der Leistungsschaltervorrichtung für den nächsten Schaltzyklus zugwiesen ist, falls der Spannungsdifferenzwert innerhalb der Zielspannung plus einer Toleranz in dem momentanen Schaltzyklus liegt.