DE102020134241A1

DE102020134241A1 - Quasiresonanter (QR) Sperrwandler mit Nullspannungserkennung und schnellem Antwortsignal

Info

Publication number: DE102020134241A1
Application number: DE102020134241.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Welper; Dennis Blech; Thorbjörn Schwarzwald
Original assignee: Friwo Geraetebau GmbH
Current assignee: Friwo Geraetebau GmbH
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen quasi-resonanten (QR) Sperrwandler, der eine Transformatorschaltung (112) mit einer Primärwicklung (112-1), die eine Eingangsspannung vom Wechselstromeingang (102) empfängt, eine Sekundärwicklung (112-2), die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsspannung an den Gleichstromausgang (104) liefert, und eine Hilfswicklung (112-3) umfasst, die mit einer primärseitigen Nulldurchgangs-Detektionsschaltung (116-1) verbunden ist, um mindestens einen Nullspannungszustand in der Hilfswicklung (112-3) und den Zeitpunkt dafür zu erfassen. Eine primärseitige Steuerschaltung (132) die ein Schaltelement (126) so steuert, dass das Schaltelement in einem aktuellen Zyklus die Eingangsspannung an der Primärwicklung nacheinander EIN- und AUS- schaltet. Eine sekundärseitige Steuerschaltung (134) erfasst den Pegel der Ausgangsspannung und/oder den Pegel eines dem Gleichstromausgang zugeführten Ausgangsstroms und sendet mindestens ein zweites Antwortsignal an die primärseitige Steuerschaltung, falls eine Änderung des erfassten Pegels der Ausgangsspannung und/oder des erfassten Pegels des Ausgangsstroms einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; wobei für den Fall, dass die primärseitige Steuerschaltung das mindestens eine zweite Antwortsignal von der sekundärseitigen Steuerschaltung empfängt, sie so konfiguriert ist, dass sie für einen späteren Zyklus die AUS-Dauer bis zum erneuten Einschalten der Eingangsspannung, unabhängig von der AUS-Dauer des aktuellen Zyklus, auf eine vorkonfigurierte Zeitdauer in Übereinstimmung mit dem empfangenen mindestens einen zweiten Antwortsignal einstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen quasiresonanten QR-Sperrwandler. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen QR-Sperrwandler mit einer sekundärseitigen Transienten-Lastdetektionsschaltung, die ein schnelles Antwortsignal an die primärseitige Steuerschaltung überträgt, die den QR-Sperrwandler steuert.
In der Vergangenheit wurden quasiresonante (QR) Sperrwandler aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile breit diskutiert, wie z.B. in US 2010/0219802 A1 . Ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines solchen beispielhaften QR-Sperrwandlers ist in 4a dargestellt. Ferner ist die Funktionsweise des beispielhaften QR-Sperrwandlers in 4b dargestellt.
In Bezug auf 4a enthält der beispielhafte QR-Sperrwandler einen QR-Regler, der einen Strom in einer Transformatorschaltung T mit einer Primärwicklung Lm, einer Sekundärwicklung und einer Hilfswicklung steuert. Für beispielhafte Zwecke wird ein Windungsverhältnis von N:1 zwischen der Primärwicklung Lm und der Sekundärwicklung berücksichtigt.
Die Primärwicklung Lm der Transformatorschaltung T im beispielhaften QR-Sperrwandler wird mit einer Eingangsspannung aus einer Spannungsversorgung Vin versorgt. Die Primärwicklung Lm ist außerdem mit einem Schaltelement S1 (z. B. einem MOSFET) verbunden, das den in der Primärwicklung fließenden Strom schaltet. Das Schaltelement S1 wird von einem QR-Regler nach einem pulsweitenmodulierten (PWM) Steuersignal mit einstellbarer Periodendauer gesteuert.
Der beispielhafte QR-Sperrwandler enthält auch eine Streuinduktivität L_Streu, die dem Streuanteil der Primärinduktivität Lm entspricht, und eine parasitäre Kapazität Cp, die den parasitären Effekten am Drain des Schaltelements S1 entspricht. Sowohl die Streuinduktivität L_Streu als auch die parasitäre Kapazität Cp sind für parasitäre Effekte während des Betriebs des beispielhaften QR-Sperrwandlers verantwortlich.
Ferner liefert die Sekundärwicklung der Transformatorschaltung T im beispielhaften QR-Sperrwandler eine Spannung an die Diode D1, die (nach Gleichrichtung) im Kondensator C1 gespeichert wird, um eine Ausgangsspannung V_AUS an eine Last zu liefern. Außerdem liefert die Hilfswicklung der Transformatorschaltung T ein Entmagnetisierungssignal DEM, das von dem QR-Regler empfangen wird.
Mit Bezug auf 4b wird der Betrieb des beispielhaften QR-Sperrwandlers mit Blick auf die zeitlichen Änderungen des Spannungspegels über dem Schaltelement S1 (z. B. Drain-Source-Spannung Vds bei einem MOSFET) erläutert.
Zum Zeitpunkt t0 steuert der QR-Regler das Schaltelement S1 so, dass es einen EIN-Zustand annimmt. Dementsprechend steigt der Eingangsstrom in der Primärwicklung Lm an, und die Transformatorschaltung T speichert die Energie in Form des induzierten Magnetfelds.
Anschließend, zum Zeitpunkt t1, steuert der QR-Regler das Schaltelement S1 so, dass es den AUS-Zustand annimmt. Dementsprechend wird die in der Primärwicklung Lm gespeicherte Energie aufgrund der induktiven Kopplung zwischen den Wicklungen auf die Sekundärwicklung der Transformatorschaltung T übertragen.
Gleichzeitig wird in der Primärwicklung Lm der Transformatorschaltung T ein Rückspeisestrom induziert, so dass das Schaltelement S1 einer höheren Spannung (z. B. Drain-Source-Spannung bei einem MOSFET) ausgesetzt ist als zuvor. Die Höhe der Spitzenspannung wird durch die Streuinduktivität L_Streu, die Spannung Vin und die reflektierte Spannung Vr in der Transformatorschaltung T bestimmt. Die Spannung Vr ist gleich N* V_AUS (bei einem Windungsverhältnis von N:1).
Genauer gesagt schwingt die Spitzenspannung über dem Schaltelement S1 (z. B. Drain-Source-Spannung bei einem MOSFET) aufgrund der Streuinduktivität L_Streu, die der parasitären Kapazität Cp entgegenwirkt.
Anschließend, zum Zeitpunkt t2, ist die induktive Spitze abgeklungen, und der Spannungspegel am Schaltelement S1 kehrt zu der Spannung Vin plus der reflektierten Spannung Vr zurück, die V1 entspricht. Mit anderen Worten, zu diesem Zeitpunkt t2 ist die Streuinduktivität L_Streu (vollständig) entmagnetisiert.
Anschließend, zum Zeitpunkt t3, fällt der durch die Diode D1 fließende Ausgangsstrom auf Null, und als Reaktion darauf beginnt der Spannungspegel am Schaltelement S1 zu sinken. Dieser Spannungspegel am Schaltelement S1 sinkt zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 bis auf den Pegel der Spannung Vin und aufgrund von Resonanzeffekten sogar weiter bis auf V2. Zum Zeitpunkt t4 endet die Entmagnetisierung der Primärwicklung Lm.
Das Absinken des Spannungsniveaus resultiert aus Resonanzeffekten, d. h. aus Energie, die in einem Resonanzkreis aus der Primärwicklung Lm und der parasitären Kapazität Cp schwingt, wobei die Resonanzperiode 2* tV durch Lm und Cp bestimmt wird. Wie in 4b dargestellt, können die Schwingungen ein oder mehrere Täler erzeugen, wobei ein erstes Tal zum Zeitpunkt t4 und ein zweites Tal zum Zeitpunkt t5 auftritt.
Bei einem dieser Täler beginnt der QR- Regler erneut mit der Steuerung des Schaltelements, um einen EIN-Zustand anzunehmen. Da in den Tälern der Spannungspegel am Schaltelement S1 (z. B. die Drain-Source-Spannung Vds bei einem MOSFET) Null oder ein lokales Minimum ist, verbessert sich der Wirkungsgrad beim Schalten zu diesem Zeitpunkt. So kann beispielsweise das erste Tal gewählt werden, weil es das kleinste lokale Minimum darstellt.
Da das erste Tal jedoch auch die kürzestmögliche Zyklusdauer impliziert, schreibt diese Betriebsart des QR-Sperrwandlers die Übertragung der maximalen Energiemenge über die Zeit vor, unabhängig davon, ob diese von der sekundärseitig angeschlossenen Last benötigt wird oder nicht.
In der Vergangenheit wurden Fortschritte gemacht, um den Betrieb von konventionellen QR-Sperrwandlern flexibler zu steuern.
Zunächst wurden herkömmliche QR-Sperrwandler so angepasst, dass sie einen Spannungsdetektor enthalten, der die Spannung Vin erfasst. Da die Eingangsspannung Vin den Strom in der Primärwicklung Lm des Transformatorstromkreises T bestimmt, bestimmt sie auch die Energie, die in der Primärwicklung Lm gespeichert und anschließend an die Sekundärwicklung der Transformatorschaltung T übertragen wird. Die ermittelte Höhe der Spannung Vin kann vom QR- Regler verwendet werden, um die geeignete Betriebsart zu wählen.
Zweitens wurden herkömmliche QR-Sperrwandler so angepasst, dass sie zusätzlich eine Rückkopplungsschaltung enthalten, der auf der Sekundärseite der Transformatorschaltung T beispielsweise die Spannung V_AUS an einem Speicherkondensator (siehe C1 in 4A) erfasst. Dementsprechend ermöglicht ein (erstes) Antwortsignal, das die Höhe der Spannung V_AUS anzeigt, die Anpassung des QR-Sperrwandlers an die Last.
Erfindungsgemäß umfasst jeder Schaltzyklus zunächst eine EIN-Periode (als tON bezeichnet) und danach eine AUS-Periode (als t_AUS bezeichnet).
Wenn also zum Zeitpunkt t0 von AUS auf EIN geschaltet wird, geht der Betrieb des QR-Sperrwandlers von einem vorhergehenden Schaltzyklus (als t_Zyklus -1 bezeichnet) zu einem anderen (nachfolgenden) aktuellen Zyklus (als t_Zyklus bezeichnet) über. Mit dem Umschalten von AUS auf EIN zum Zeitpunkt t5 geht der Betrieb des QR-Sperrwandlers von dem anderen Zyklus (als t_ Zyklus bezeichnet) zu einem noch weiteren (nachfolgenden) Schaltzyklus (als t_Zyklus +1 bezeichnet) über.
Beide Fortschritte verbessern nachweislich die Flexibilität des Betriebs von QR-Sperrwandlern, sind jedoch im Vergleich zu schnellen Lasttransienten, die sich aus plötzlichen Laständerungen am Ausgang des herkömmlichen QR-Sperrwandlers ergeben, eher langsam.
In diesem Zusammenhang ist es die Aufgabe der Erfindung, ein schnelleres Antworten im Betrieb des QR-Sperrwandlers zu ermöglichen, und zwar dadurch, dass dem primärseitigen Regler des QR-Sperrwandlers zusätzlich ein schnelles (d.h. zweites) Antwortsignal zur Verfügung gestellt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein quasi-resonanter (QR) Sperrwandler vorgeschlagen, der einen Wechselstromeingang und einen Gleichstromausgang aufweist, und der umfasst:

eine Transformatorschaltung mit einer Primärwicklung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Eingangsspannung von dem Wechselstromeingang empfängt, einer Sekundärwicklung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsspannung an den Gleichstromausgang liefert, und einer Hilfswicklung, die mit einer primärseitigen Nulldurchgangs-Detektionsschaltung verbunden ist, um mindestens einen Nullspannungszustand in der Hilfswicklung und deren Zeitpunkt zu detektieren; und
eine primärseitige Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Schaltelement so steuert, dass das Schaltelement in einem aktuellen Zyklus die Eingangsspannung an der Primärwicklung nacheinander EIN- und AUS-schaltet, wobei die primärseitige Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie Folgendes umfasst
ein Zeitpunkt (t0) zum Einschalten der Eingangsspannung ist der Zeitpunkt, an dem die Energieübertragung in den Transformator für den aktuellen Zyklus beginnt,
ein Zeitpunkt zum Ausschalten der Eingangsspannung so eingestellt wird, dass ein in der Primärwicklung fließender Strom einen Spitzenstrompegel nicht überschreitet,
ein Zeitpunkt für das erneute Einschalten der Eingangsspannung für den nächsten Zyklus synchron mit dem Zeitpunkt des erfassten mindestens einen Nullspannungszustands eingestellt wird, und
wobei zusätzlich
die AUS-Dauer bis zum erneuten Einschalten der Eingangsspannung eingestellt wird, indem die AUS-Dauer des Zyklus eines vorkonfigurierten Zeitintervalls entsprechend einem von einem sekundärseitigen Spannungsdetektor übertragenen ersten Antwortsignal variiert wird;
ferner umfassend:
- eine sekundärseitige Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie den Pegel der Ausgangsspannung und/oder den Pegel eines dem Gleichstromausgang zugeführten Ausgangsstroms erfasst, und die so konfiguriert ist, dass sie mindestens ein zweites Antwortsignal an die primärseitige Steuerschaltung sendet, falls eine Änderung des erfassten Pegels der Ausgangsspannung und/oder des erfassten Pegels des Ausgangsstroms einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und
- wobei für den Fall, dass die primärseitige Steuerschaltung das mindestens eine zweite Antwortsignal von der sekundärseitigen Steuerschaltung empfängt, diese so konfiguriert ist, dass sie für einen späteren Schaltzyklus die AUS-Dauer bis zum erneuten Einschalten der Eingangsspannung unabhängig von der AUS-Dauer des aktuellen Zyklus auf eine vorkonfigurierte Zeitdauer in Übereinstimmung mit dem empfangenen mindestens einen zweiten Antwortsignal einstellt.

Dabei ist zu beachten, dass die Einstellung der AUS-Dauer nicht unbedingt innerhalb eines Betriebszyklus der primärseitigen Steuerschaltung (als Regelzyklus bezeichnet) erfolgt, sondern erst für den folgenden Regelzyklus. Der spätere Schaltzyklus, in dem die AUS-Dauer bis zum Wiedereinschalten der Eingangsspannung unabhängig von der AUS-Dauer des aktuellen Zyklus auf eine vorkonfigurierte Zeitdauer gemäß dem empfangenen mindestens einen zweiten Antwortsignal eingestellt wird, ist demnach beispielsweise ein Schaltzyklus, der zehn Schaltzyklen nach dem Schaltzyklus liegt, in dem das zweite Antwortsignal empfangen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der QR-Sperrwandler ferner eine primärseitige Gleichrichterschaltung, die zwischen den Wechselstromeingang und die Primärwicklung geschaltet ist, und eine weitere sekundärseitige Gleichrichterschaltung, die zwischen die Sekundärwicklung und den Gleichstromausgang geschaltet ist, und/oder eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der QR-Sperrwandler ferner einen primärseitigen Elektrolytkondensator, der zum Puffern der Eingangsspannung konfiguriert ist, und einen weiteren sekundärseitigen Elektrolytkondensator, der zum Puffern der Ausgangsspannung konfiguriert ist.
Vorteilhafterweise kann das mindestens eine zweite Antwortsignal von der sekundärseitigen Steuerschaltung über einen Optokoppler oder einen Y-Kondensator an die primärseitige Steuerschaltung übertragen werden. Damit ist eine sichere galvanische Trennung von Primär- und Sekundärseite gewährleistet.
Darüber hinaus kann die primärseitige Steuerschaltung so konfiguriert sein, dass sie den Spitzenstrompegel für den folgenden Zyklus in Abhängigkeit von dem Pegel des vom Wechselstromeingang des aktuellen Zyklus empfangenen Eingangsspannung bestimmt. Normalerweise bleibt der Spitzenstrompegel ein konstanter vorgegebener Wert. Der Pegel der Eingangsspannung kann jedoch als Verschiebung zu einer Shuntspannung addiert werden.
Dann ist die resultierende Spitzenspannung in jedem Schaltzyklus zusätzlich von der tatsächlich anliegenden Eingangsspannung abhängig.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die primärseitige Steuerschaltung so konfiguriert, dass sie in einem Zyklus den Zeitpunkt für das Einschalten der Eingangsspannung synchron einstellt, so dass er dem Zeitpunkt einer der mindestens einen im aktuellen Zyklus von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung erfassten Nullspannungszuständen entspricht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das vorkonfigurierte Zeitintervall in der primärseitigen Steuerschaltung entsprechend einer Differenz der Zeitpunkte zwischen zwei aufeinanderfolgend detektierten Nullspannungszuständen konfiguriert, und/oder die vorkonfigurierte Zeitdauer ist in der primärseitigen Steuerschaltung entsprechend dem relativen Zeitpunkt eines vorgegebenen der mindestens einen detektierten Nullspannungszustände konfiguriert.
Insbesondere kann die vorkonfigurierte Zeitdauer in der primärseitigen Steuerschaltung in Abhängigkeit von einem Pegel der Eingangsspannung des Wechselstromeingangs konfiguriert werden.
Vorteilhafterweise ist die primärseitige Steuerschaltung und optional die sekundärseitige Steuerschaltung ein Mikrocontroller.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die primärseitige Steuerschaltung derart ausgestaltet, dass sie bei Empfang des mindestens einen zweiten Antwortsignals den Regelvorgang zur Einstellung der Ausschaltdauer für einen nachfolgenden Zyklus unterbricht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die primärseitige Steuerschaltung derart ausgestaltet, dass bei Empfang eines ersten des mindestens einen zweiten Antwortsignals die AUS-Dauer des Folgezyklus entsprechend einem ersten vorkonfigurierten Zeitintervall eingestellt wird, und bei Empfang eines zweiten des mindestens einen zweiten Antwortsignals die AUS-Dauer des Folgezyklus entsprechend einem zweiten vorkonfigurierten Zeitintervall eingestellt wird, wobei das erste vorkonfigurierte Zeitintervall kürzer ist als das zweite vorkonfigurierte Zeitintervall.
Vorteilhafterweise kann die erste vorkonfigurierte Zeitdauer in der primärseitigen Steuerschaltung entsprechend dem relativen Zeitpunkt eines ersten oder zweiten der mindestens einen erfassten Nullspannungszustände innerhalb des vorherigen Zyklus konfiguriert werden; und die zweite vorkonfigurierte Zeitdauer wird in der primärseitigen Steuerschaltung entsprechend dem relativen Zeitpunkt eines zwanzigsten oder dreißigsten der mindestens einen erfassten Nullspannungszustände innerhalb des vorherigen Zyklus konfiguriert.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt ist die sekundärseitige Steuerschaltung ferner dazu ausgebildet, ein Datensignal an die primärseitige Steuerschaltung zu übertragen.
Insbesondere können die Daten von der sekundärseitigen Steuerschaltung über einen Optokoppler oder einen Y-Kondensator an die primärseitige Steuerschaltung übertragen werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Datensignal den Pegel der Ausgangsspannung und den Pegel eines Ausgangsstroms, der von der sekundärseitigen Steuerschaltung erfasst wird.
Darüber hinaus können mehrere Aspekte der Ausführungsformen - einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen - Lösungen gemäß der vorliegenden Erfindung bilden. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden genaueren Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen sich gleiche Verweise auf gleiche Elemente beziehen, und wobei:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines quasiresonanten (QR) Sperrwandlers 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2a und 2b zeigen ein Signaldiagramm des Betriebs des quasiresonanten (QR) Sperrwandlers 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein schematisches Diagramm eines quasiresonanten (QR) Sperrwandlers 200 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
4a und 4b zeigen ein schematisches Diagramm und ein entsprechendes Signaldiagramm des Betriebs eines herkömmlichen QR-Sperrwandlers.

Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen des QR-Sperrwandlers gemäß der Erfindung gegeben. Insbesondere bieten alle Ausführungsformen den Vorteil, dass sie schnell auf Lasttransienten reagieren, die sich aus plötzlichen Änderungen der Belastung des Ausgangs des QR-Sperrwandlers ergeben.
Erfindungsgemäß umfasst die Transformatorschaltung des QR-Sperrwandlers eine Primärwicklung (oder mehrere Wicklungen) und eine Sekundärwicklung (oder mehrere Wicklungen) mit einem vordefinierten Windungsverhältnis Ns: Np. Die Primär- und die Sekundärwicklung sind galvanisch voneinander getrennt. Die Energieübertragung erfolgt von der Primär- auf die Sekundärwicklung der Transformatorschaltung und umgekehrt durch eine induktive (oder magnetische) Kopplung zwischen beiden.
Im Rahmen der Erfindung wird auf die primärseitigen und sekundärseitigen Schaltungen des QR-Sperrwandlers Bezug genommen. Dieser Begriff wird verwendet, um die Schaltungen zu bezeichnen, die entweder auf der Primär- oder auf der Sekundärseite der (galvanischen) Isolationsgrenze der Transformatorschaltung (in den Figuren als gestrichelte Linie dargestellt) angeordnet sind.
Gemäß der Erfindung umfasst die Transformatorschaltung auch eine Hilfswicklung (oder mehrere Wicklungen) mit einem vorgegebenen Windungsverhältnis Na: Ns (oder Na: Np) in Bezug auf die Sekundärwicklung (oder auf die Primärwicklung). Diese Wicklungen sind ebenfalls galvanisch voneinander isoliert. Insofern wird zumindest ein Teil der Energie, jedoch nicht der Hauptteil der Energie, durch induktive Kopplung von der Sekundärwicklung (oder der Primärwicklung) in die Hilfswicklung aufgenommen.
Im Rahmen der Erfindung arbeitet der QR-Sperrwandler in Zyklen, wobei jeder Zyklus eine AUS-Dauer und eine EIN-Dauer umfasst. In dieser Hinsicht entspricht der Zeitpunkt, zu dem der QR-Sperrwandler das Umschalten von EIN auf AUS steuert, dem Beginn eines Zyklus. Dementsprechend entspricht der Zeitpunkt, zu dem der QR-Sperrwandler das Umschalten von AUS auf EIN steuert, einem Zwischenzeitpunkt desselben Zyklus.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Schaltzyklen (d. h. Schaltzyklen des Schaltelements). Insbesondere wird auf einen vorhergehenden Zyklus, einen aktuellen Zyklus und einen nachfolgenden Zyklus Bezug genommen. Obwohl diese Zyklen direkt aufeinander folgen können, kann ein nachfolgender Zyklus auch nicht direkt folgend sein.
Beispielsweise kann sich der vorhergehende Zyklus auf einen Zyklus mit der Zyklusnummer N beziehen, der aktuelle Zyklus auf einen Zyklus mit der Zyklusnummer N+i (wobei i eine ganze Zahl und größer als 0 ist, z. B. 15) und der nachfolgende Zyklus auf einen Zyklus mit der Zyklusnummer N+j (wobei j eine weitere ganze Zahl größer als 0 ist, z. B. 30).
Ob der vorherige Zyklus, der aktuelle Zyklus und der nachfolgende Zyklus direkt aufeinander folgen oder nicht, hängt hauptsächlich von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der primärseitigen Steuerschaltung (und/oder der Verarbeitungsgeschwindigkeit der sekundärseitigen Steuerschaltung) ab, die weiter unten näher beschrieben wird. Daraus wird ersichtlich, dass die spezifische Implementierung der primär- oder sekundärseitigen Steuerschaltungen das Regelverhalten, z. B. bei schnellen Lasttransienten, verzögern kann.
Wichtig ist, dass eine solche Verzögerung des Regelverhaltens keinen Einfluss auf die Schaltgeschwindigkeit des Schaltelements hat, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die Steuerschaltung das Schaltelement steuert.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Regelzyklen. Unter einem Regelzyklus ist eine wiederkehrende Abfolge von Arbeitsschritten eines Mikrocontrollers zu verstehen, manchmal auch als Maschinenzyklus des Mikrocontrollers bezeichnet.
In einer beispielhaften Implementierung umfasst die primärseitige Steuerschaltung separate (z.B. dedizierte) Schaltungen, die zur Steuerung des Schaltelements konfiguriert sind. Diese separate Schaltung umfasst u.a. einen Spannungskomparator (z.B. in Form eines Operationsverstärkers), der Spannungseingänge an die Steuerschaltung, z.B. den oben diskutierten Spitzenstromwert, mit einem Referenzspannungswert vergleicht und auf dieser Basis das Schaltelement steuert.
Nun zu einer beispielhaften Ausführungsform eines QR-Sperrwandlers 100:

In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform des quasiresonanten QR-Sperrwandlers 100 in Form eines schematischen Diagramms dargestellt. Dieses schematische Diagramm zeigt die Funktionsschaltungen des QR-Sperrwandlers als abstrakte Blöcke mit dazwischenliegenden Verbindungen, es ist also kein Schaltplan. Diese Darstellungsform wurde gewählt, um die Wechselwirkungen zwischen den Funktionsschaltungen besser sichtbar zu machen.

Der QR-Sperrwandler 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform umfasst einen Wechselstromeingang 102 und einen Gleichstromausgang 104. Mit dem Wechselstromeingang 102 kann der QR-Sperrwandler 100 an eine Netzversorgung angeschlossen werden. Darüber hinaus kann der QR-Sperrwandler 100 mit dem Gleichstromausgang 104 eine Gleichstromlast, wie z. B. ein Industriegerät im Bereich der Industrieautomatisierung, antreiben.
Der Wechselstromeingang 102 ist so konfiguriert, dass er eine Eingangsspannung empfängt, beispielsweise im Bereich von 0 - 264 Volt AC, vorzugsweise eine der Eingangsspannungen 85 Volt AC, 120 Volt AC, 230 Volt AC und 264 Volt AC. Der Gleichspannungsausgang 104 ist so konfiguriert, dass er eine Ausgangsspannung im Bereich von 0-110 Volt DC liefert, vorzugsweise eine der Ausgangsspannungen 5 Volt DC, 15 Volt DC, 24 Volt DC und 110 Volt DC.
Der QR-Sperrwandler 100 umfasst auch eine Transformatorschaltung 112 mit einem festen Windungsverhältnis zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung (d. h. Ns: Np). Ohne Ein- und Ausschalten (d. h. Schaltelement 126) entspräche der Pegel der Ausgangsspannung also dem Produkt aus dem Pegel der Eingangsspannung mal dem Windungsverhältnis Ns: Np. Durch das Schalten des Schaltelements 126, das ebenfalls im QR-Sperrwandler 100 enthalten ist, kann der Pegel der Ausgangsspannung jedoch variabel eingestellt werden.
Mit anderen Worten: Trotz des festen Windungsverhältnisses Ns: Np ist der QR-Sperrwandler 100 so konfiguriert, dass er variable Ausgangsspannungspegel liefert. Dies wird dadurch erreicht, dass der QR-Sperrwandler 100 das Schaltelement 126 so steuert, dass eine variable Energiemenge von der Primärwicklung 112-1 auf die Sekundärwicklung 112-2 der Transformatorschaltung 112 übertragen wird.
Im Folgenden wird der QR-Sperrwandler 100 näher beschrieben:

In dem QR-Sperrwandler 100 ist der Wechselstromeingang 102 mit einer EMI-Filterschaltung 106 verbunden, die so konfiguriert ist, dass sie elektromagnetische Störungen auf der Eingangswechselspannung reduziert. Verschiedene Implementierungen der EMI-Filterschaltung 106 sind in der Technik bekannt, einschließlich richtig abgestimmter analoger Filterschaltungen, die die Störungen im niedrigen Band reduzieren, und Abschirmungsschaltungen, die dieselben Störungen im hohen Band reduzieren.

Die EMI-Filterschaltung 106 ist mit einer Gleichrichterschaltung 108 verbunden, die die Eingangswechselspannung (die gefiltert wurde) in eine konstante Eingangsspannung gleichrichtet. Verschiedene Implementierungen der Gleichrichterschaltung 108 sind in der Technik bekannt, einschließlich eines Vollwellengleichrichters, der in den Figuren beispielhaft dargestellt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit kann die Gleichrichterschaltung 108 auch als primärseitige Gleichrichterschaltung 108 bezeichnet werden.
Alternativ kann die Gleichrichterschaltung 108 auch direkt an den Wechselstromeingang 102 angeschlossen werden (d. h. ohne die EMI-Filterschaltung 106). Eine solche Konfiguration könnte für einen QR-Sperrwandler empfehlenswert sein, wenn eine geringere Teilezahl erreicht werden muss oder wenn Beschränkungen hinsichtlich der Produktionsgröße und/oder der Produktionskosten eingehalten werden müssen.
Die Gleichrichterschaltung 108 ist mit einem Elektrolytkondensator 110 (in den Figuren mit elcap abgekürzt) verbunden, der zur Pufferung der (konstanten) Eingangsspannung dient, die dann in der Transformatorschaltung 112 verwendet wird. Alternativ kann der Elektrolytkondensator 110 auch durch einen Keramikkondensator oder einen anderen Kondensator ersetzt werden, sofern eine Entkopplungswirkung erreicht wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit kann der Elektrolytkondensator 110 auch als primärseitiger Elektrolytkondensator 110 bezeichnet werden.
Der Elektrolytkondensator 110 ist mit einer Transformatorschaltung 112 verbunden, die die Energie der (gleichgerichteten) Eingangsspannung (die ebenfalls entkoppelt wurde) von der Gleichrichterschaltung 108 in Energie umwandelt, die es dem Gleichstromausgang 104 ermöglicht, eine (konstante) Ausgangsspannung zur Ansteuerung einer Last zu liefern.
Darüber hinaus kann auch eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC) vorgesehen werden, wie sie in der Technik bekannt ist. Mit der Leistungsfaktorkorrektur wird der Eingangsstrom von Offline-Stromversorgungen so geformt, dass die aus dem Netz verfügbare Wirkleistung maximiert wird. Die Auswahl an Lösungen für die Leistungsfaktorkorrektur reicht von passiven Schaltungen bis hin zu einer Vielzahl von aktiven Schaltungen. Je nach Leistungspegel und anderen Besonderheiten der Anwendung wird die geeignete Lösung unterschiedlich sein. Die Fortschritte bei den diskreten Halbleitern in den letzten Jahren und die Verfügbarkeit von preisgünstigeren Steuer-ICs haben dazu geführt, dass aktive PFC-Lösungen für eine breitere Palette von Anwendungen besser geeignet sind. Es kann jedoch jede geeignete PFC-Lösung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden.
Im Einzelnen umfasst die Transformatorschaltung 112 die Primärwicklung(en) 112-1, die mit der Gleichrichterschaltung 108 verbunden ist, wobei der Elektrolytkondensator 110 dazwischenliegt. Dementsprechend ist die Primärwicklung 112-1 so konfiguriert, dass sie eine Eingangsspannung (d. h. eine konstante Eingangsspannung) erhält. Diese Eingangsspannung wird letztlich vom Wechselstromeingang 102 geliefert, allerdings als Eingangswechselspannung, und wurde anschließend gleichgerichtet.
Die Transformatorschaltung 112 umfasst auch eine Sekundärwicklung (oder -wicklungen) 112-2, die mit einer weiteren Gleichrichterschaltung 114 verbunden ist, die eine konstante Ausgangsspannung an den Gleichstromausgang 104 liefert. Dementsprechend ist die Sekundärwicklung 112-2 so konfiguriert, dass sie letztlich eine Ausgangsspannung liefert, allerdings als Ausgangswechselspannung, die anschließend gleichgerichtet wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit kann die andere Gleichrichterschaltung 114 auch als sekundärseitige Gleichrichterschaltung 114 bezeichnet werden.
Ferner enthält die Transformatorschaltung 112 eine Hilfswicklung (oder -wicklungen) 112-3, die mit einer Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 verbunden ist.
Diese Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 ist so konfiguriert, dass sie mindestens einen Nullspannungszustand (oder ein Tal) der von der Hilfswicklung 112-3 gelieferten Spannung erfasst. Mit anderen Worten, sie erkennt einen Zustand, in dem sich die Hilfswicklung in einem entmagnetisierten Zustand befindet (d. h. in dem kein Strom in der Hilfswicklung 112-3 fließt). Darüber hinaus erfasst die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 den Zeitpunkt (t_Tal) des mindestens einen Nullspannungszustands (oder Tal).
Der Klarheit halber sei darauf hingewiesen, dass der Nullspannungszustand auch als Tal und der Zeitpunkt als t_Tal bezeichnet werden kann. Dementsprechend kann man mit Blick auf diese Terminologie sagen, dass das Einschalten der Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 so gesteuert wird, dass es zu einem Zeitpunkt erfolgt, der dem Zeitpunkt eines Tals entspricht, insbesondere synchron mit dem Zeitpunkt (t_Tal) eines Tals eines vorherigen Zyklus. Durch Änderung der Anzahl von Tälern, bei denen die Eingangsspannung eingeschaltet wird, kann die Ausschaltzeit t_AUS geändert werden.
In einer beispielhaften Implementierung ist die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 so konfiguriert, dass sie in einem Zyklus jeden Nullspannungszustand und deren jeweilige Zeitpunkte erkennt. In einer alternativen Implementierung ist die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 so konfiguriert, dass sie in einem Zyklus nur den ersten Nullspannungszustand und dessen Zeitpunkt während eines AUS-Zustands eines Schaltelements 126 erkennt.
Wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erörtert, ist es für den quasiresonanten Betrieb eines QR-Sperrwandlers nur erforderlich, den ersten Nullspannungszustand (oder das erste Tal) und dessen Zeitpunkt in jedem Zyklus zu erfassen, da die nachfolgenden Nullspannungszustände (oder Täler) in einem konstanten Intervall 2*tV folgen, das der Resonanzfrequenz entspricht, die durch die Induktivität L (siehe L_Streu in 4a) der Primärwicklung 112-2 und die parasitäre Kapazität (siehe Cp in 4a) des Schaltelements 126 bestimmt wird.
Es ist erwähnenswert, dass das Intervall 2*tV nur unter idealen Bedingungen konstant ist. In der Praxis ist zu beobachten, dass das Intervall 2*tV mit abnehmender Amplitude langsam abnimmt (z. B. die Schwingungsfrequenz steigt). Diese Abnahme ist jedoch nur langsam und zwischen aufeinanderfolgenden Tälern vernachlässigbar.
Folglich können, selbst wenn die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 nur das erste Tal erkennt, die Zeitpunkte aller nachfolgenden Täler im AUS-Zustand auf der Grundlage der internen Parameter des QR-Sperrwandlers 100 abgeleitet werden. Alternativ dazu erfasst die Nulldurchgangs- Detektionsschaltung 116-1 in einem Zyklus bis zu 20 Nullspannungszustände und deren jeweilige Zeitpunkte.
Darüber hinaus ist die Hilfswicklung 112-3 der Transformatorschaltung 112 mit einer Überspannungsschutzschaltung 116-2 verbunden.
Diese Überspannungsschutzschaltung 116-2 ist so konfiguriert, dass sie den Pegel der Spannung an der Hilfswicklung 112-3 mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht. Wenn dieser Schwellenwert überschritten wird, sendet die Überspannungsschutzschaltung 116-2 ein Überspannungserkennungssignal an die angeschlossene Steuerschaltung 132. Die Steuerschaltung 132 kann zum Beispiel bei Empfang des Überspannungsschutzsignals (sofort) alle Operationen des QR-Sperrwandlers 100 beenden. Da dieser Vorgang hier jedoch nicht im Mittelpunkt steht, wurde aus Gründen der Kürze auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
Die andere Gleichrichterschaltung 114 ist mit einem weiteren Elektrolytkondensator 118 (in den Figuren mit elcap abgekürzt) verbunden, der so konfiguriert ist, dass er die (konstante) Ausgangsspannung puffert, die letztlich dem Gleichstromausgang 102 zugeführt wird. Alternativ kann der Elektrolytkondensator 118 auch durch einen Keramikkondensator oder einen anderen Kondensator ersetzt werden, sofern ein Entkopplungseffekt erzielt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit kann der andere Elektrolytkondensator 118 auch als sekundärseitiger Elektrolytkondensator 118 bezeichnet werden.
Im Einzelnen wird die (konstante) Ausgangsspannung von der anderen Gleichrichterschaltung 114 über den anderen Elektrolytkondensator 118, eine Filterschaltung 120 und einen Shunt-Widerstand 122 dem Gleichstromausgang 102 zugeführt.
Die Filterschaltung 120 ist als Tiefpassfilter für die Ausgangsspannung konfiguriert, die als (erstes) Antwortsignal zum Betrieb des QR-Sperrwandler 100 verwendet wird.
In einer beispielhaften Implementierung ist die Filterschaltung 120 eine Widerstandskondensator-, RC, Tiefpassfilterschaltung oder eine Induktivitätskondensator-, LC, Tiefpassfilterschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie hochfrequente Transienten in der Ausgangsspannung dämpft. Die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterschaltung kann so konfiguriert werden, dass Schalttransienten in der Ausgangsspannung unterdrückt werden, die sich aus dem kontinuierlichen Aus- und Einschalten der Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 der Transformatorschaltung 112 ergeben. Zu diesem Zweck kann die Grenzfrequenz z. B. 100 Hz betragen.
Der Klarheit halber soll betont werden, dass diese Filterschaltung 120 ein Grund für eine langsame Reaktion ist, wenn der QR- Sperrwandler 100 nur auf der Grundlage des (ersten) Antwortsignals arbeitet. Einerseits muss die Filterschaltung 120 ein langes Mittelungsfenster für die (oszillierende) Ausgangsspannung bereitstellen, um gute Filterergebnisse zu erzielen, andererseits führt die Filterung zu einer beträchtlichen Verzögerung des ersten Antwortsignals, die die Ausführungsformen zu lösen versuchen.
Die Filterschaltung 120 ist mit einem Spannungsdetektor 124 verbunden, der den Pegel der Ausgangsspannung zu Zwecken der Spannungsregelung erfasst (in den Figuren als V-Regelschaltung 124 bezeichnet). Im Einzelnen ist der Spannungsdetektor 124 so konfiguriert, dass er den Pegel der tiefpassgefilterten Ausgangsspannung erfasst (oder anpasst) und ein dem erfassten Pegel entsprechendes erstes Antwortsignal an die Primärseite des QR-Sperrwandlers 100 überträgt.
Der Spannungsdetektor 124 ist ein weiterer Grund für eine langsame Reaktion, wenn der QR-Sperrwandler 100 nur auf der Grundlage des (ersten) Antwortsignals arbeitet. Der Spannungsdetektor 124 ist üblicherweise so eingestellt, dass er mit einer langsamen Regelrate arbeitet, um eine oszillierende Regelung des QR- Sperrwandler 100 zu vermeiden, insbesondere in Situationen, in denen der QR- Sperrwandler 100 mit einer hohen Kapazität am Ausgang versehen ist.
In einer beispielhaften Implementierung ist der Spannungsdetektor 124 ein Operationsverstärker, der die Ausgangsspannung (nach der Filterung) verstärkt/abschwächt, um sie in das erste Antwortsignal umzuwandeln, das dem Pegel der Ausgangsspannung entspricht.
Ferner ist die Filterschaltung 120 auch mit dem Shunt-Widerstand 122 verbunden, der die Erfassung des Ausgangsstroms ermöglicht, der zumindest teilweise dem Strom entspricht, der in der Sekundärwicklung 112-2 der Transformatorschaltung 112 induziert wird und (anschließend) zum Gleichstromausgang 104 fließt, insbesondere dem Ausgangsstrom, der zu einer an den QR-Sperrwandler 100 anzuschließenden Last fließt.
Es ist klar, dass die Anordnung des Shunt-Widerstand 122 zwischen der Filterschaltung 120 und dem Gleichstromausgang 104 nur eine von mehreren Möglichkeiten ist. Beispielsweise kann der Shunt-Widerstand 122 nicht nur in den Vorwärtspfad (Plus) zum Gleichstromausgang 104, sondern auch in den Rückwärtspfad (Minus) vom Gleichstromausgang 104 zur Sekundärwicklung 112-2 verbunden werden. In beiden Pfaden ermöglicht der Shunt-Widerstand 122 die Erfassung des Ausgangsstroms, der in der Sekundärwicklung 112-2 induziert wird.
Bei der Transformatorschaltung 112 ist die Primärwicklung 112-1 auch mit dem Schaltelement 126 verbunden. Das Schaltelement 126 ist so konfiguriert, dass es die Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 nacheinander AUS und EIN schaltet. Mit anderen Worten: Das Schaltelement 126 schaltet den in der Primärwicklung 112-1 fließenden Strom. In einer beispielhaften Implementierung ist das Schaltelement 126 ein MOSFET, ein IGBT, ein Hochspannungs-NPN-Transistor oder ein anderer Leistungsschalt-Feldeffekttransistor (FET).
Wenn sich das Schaltelement 126 in einem EIN-Zustand befindet, fließt der Strom vom Wechselstromeingang 102 durch die EMI-Filterschaltung 106, die Gleichrichterschaltung 108, lädt den Elektrolytkondensator 110 auf oder umgeht ihn und fließt in die Primärwicklung 112-1. Von dieser Primärwicklung 112-1 fließt derselbe Strom durch das Schaltelement 126 im EIN-Zustand (d. h. im leitenden Zustand) über einen weiteren Shunt-Widerstand 128 zur Erde.
Wenn sich das Schaltelement 126 im AUS-Zustand befindet, kann außerdem Strom vom Wechselstromeingang 102 durch die EMI-Filterschaltung 106 und die Gleichrichterschaltung 108 fließen, um den Elektrolytkondensator 110 zu laden. Der Strom kann jedoch nicht in die Primärwicklung 112-1 fließen, da er aus dieser nicht austreten kann, wenn sich das Schaltelement 126 im AUS-Zustand (d. h. im nichtleitenden Zustand) befindet.
Dementsprechend schaltet das Schaltelement 126 die vom Wechselstromeingang 102 gelieferte Eingangsspannung in der Primärwicklung 112-1 EIN oder AUS, wodurch ein Stromfluss in der Primärwicklung 112-1 ermöglicht oder blockiert wird. Kurz gesagt, das Schaltelement 126 schaltet die Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 EIN und AUS.
Ferner ist eine Dämpfungsschaltung 130 parallel zur Primärwicklung 112-1 geschaltet, und zwar zwischen dem Knoten, der die Primärwicklung 112-1 mit dem Schaltelement 126 verbindet, und dem Knoten, der den Elektrolytkondensator 110 mit der Primärwicklung 112-1 verbindet. Die Dämpfungsschaltung 130 ist so konfiguriert, dass sie Spannungsspitzen beim Ausschalten des Schaltelements 126 verhindert. Außerdem verbessert die Dämpfungsschaltung 130 die elektromagnetische Verträglichkeit. In einer beispielhaften Implementierung ist die Dämpfungsschaltung 130 eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator, die beide mit einem Widerstand parallelgeschaltet sind, wobei die Diode beim Umschalten von einem EIN- zu einem AUS-Zustand Strom von der Primärwicklung 112-1 in den Elektrolytkondensator 110 leitet.
Schließlich umfasst der QR-Sperrwandler 100 eine Steuerschaltung 132 auf der Primärseite und eine weitere Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite. Sowohl die primärseitige Steuerschaltung 132 als auch die sekundärseitige Steuerschaltung 134 sind vorteilhaft als Mikrocontroller (in den Figuren mit µC abgekürzt) ausgeführt. Aufgrund der Isolationsgrenze sind beide Mikrocontroller mit separaten linearen Spannungsregulator 136 und 138 verbunden, die jeweils eine Versorgungsspannung (z.B. +5 Volt) zur Verfügung stellen.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung von Mikrocontrollern mit niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten eine deutliche Reduzierung der Herstellungskosten des QR-Sperrwandlers 100 ohne Kompromisse bei der schnellen Reaktion auf Lasttransienten, die sich aus Änderungen der Belastung des Ausgangs des QR-Sperrwandlers ergeben, wie im Folgenden deutlich wird.
Es wird nun näher auf die Steuerschaltung 132 eingegangen:

Die Steuerschaltung 132 ist mit dem Elektrolytkondensator 110 verbunden. Damit ist die Steuerschaltung 132 in der Lage, einen Pegel der Eingangsspannung zu erfassen. Der gleiche Eingangsspannungspegel wird (nacheinander) an die Primärwicklung 112-1 angelegt, nämlich beim Einschalten des Schaltelements 126. Insbesondere erfasst die Steuerschaltung 132 die gleichgerichtete Eingangsspannung, die von der Gleichrichterschaltung 108 ausgegeben wird, und nicht die Eingangswechselspannung, die vom Wechselstromeingang 102 empfangen wird.

Außerdem ist die Steuerschaltung 132 auch mit dem Shunt-Widerstand 128 verbunden. Damit ist die Steuerschaltung 132 in der Lage, einen Strom zu erfassen, der durch das Schaltelement 126 (und die Primärwicklung 112-1) fließt, wenn das Schaltelement 126 eingeschaltet wird. Mit anderen Worten, die Steuerschaltung 132 erfasst den Strom, der durch die Primärwicklung 112-1 und das Schaltelement 126 fließt, wenn sich dieses im EIN-Zustand (d. h. im leitenden Zustand) befindet.
Die Erfassung des Eingangsspannungspegels und/oder die Erfassung des in der Primärwicklung 112-1 fließenden Stroms ermöglichen es der Steuerschaltung 132, die Energiemenge zu bestimmen, die von der Primärwicklung 112-1 an die Sekundärwicklung 112-2 der Transformatorschaltung 112 übertragen wird. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass der QR-Sperrwandler 100 unterschiedliche (d. h. variierende) Eingangsspannungen in eine gleiche oder unterschiedliche Ausgangsspannung umwandeln kann.
Auf der Grundlage des erfassten Stroms kann die Steuerschaltung 132 die in der Transformatorschaltung 112 zu übertragende Energiemenge begrenzen, indem sie ständig überprüft, dass der Strom einen Spitzenstrompegel nicht überschreitet. Dazu vergleicht die Steuerschaltung 132 den über den Shunt-Widerstand 128 erfassten Strom wiederholt mit einem vordefinierten Spitzenstrompegel und steuert vor Überschreiten des Spitzenstrompegels das Ausschalten des Schaltelements 126. Durch die Verschiebung des zum Shuntsignal addierten ersten Antwortsignals wird die übertragene Energiemenge gesteuert.
Im Einzelnen kann die Steuerschaltung 132 so konfiguriert sein, dass sie den Spitzenstrompegel für den nachfolgenden Zyklus in Abhängigkeit von der Höhe der vom Wechselstromeingang des aktuellen Zyklus empfangenen Eingangsspannung bestimmt. Dadurch kann die Steuerschaltung 132 einen Spitzenspannungspegel bestimmen, der erforderlich ist, um auch bei variierenden Eingangsspannungen eine gleiche Energiemenge an die Sekundärwicklung 112-2 zu übertragen.
Insbesondere ist die Steuerschaltung 132 so konfiguriert, dass sie den Spitzenstrompegel für den folgenden Zyklus in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung am Elektrolytkondensator 110 bestimmt. Diese Spannung an dem Elektrolytkondensator 110 entspricht der Eingangsspannung. Wichtig ist, dass der von der Steuerschaltung 132 ermittelte Spitzenstrompegel verhindert, dass die Primärwicklung 112-1 in die Sättigung getrieben wird.
Wenn die Steuerschaltung 132 beispielsweise einen geringeren Pegel der Eingangsspannung feststellt, kann die Steuerschaltung 132 die t_AN-Zeit des Schalters entsprechend der zum Shuntsignal hinzugefügten Rückkopplungssignalverschiebung auf eine längere EIN-Zeit einstellen, so dass die gleiche Energiemenge von der Primärwicklung 112-1 zur Sekundärwicklung 112-2 übertragen wird. In einem anderen Beispiel kann die Steuerschaltung 132, wenn sie einen erhöhten Pegel der Eingangsspannung feststellt, die tAN-Zeit des Schalters auf eine kürzere EIN-Zeit einstellen, so dass auch hier die gleiche Energiemenge über einen Zeitraum von mehreren Schaltzyklen (z. B. mindestens 10 Zyklen) übertragen wird. Der Spitzenstrompegel bleibt immer gleich und wird vom Mikrocontroller für den Vergleich herangezogen.
Genauer gesagt, wenn die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so steuert, dass es in den EIN-Zustand schaltet, beginnt ein Strom durch die Primärwicklung 112-1, das Schaltelement 126 und den Shunt-Widerstand 128 zu fließen und steigt auf einen Spitzenstrompegel an.
Sobald die Steuerschaltung 132 mit Hilfe des Shunt-Widerstands 128 einen Strom erkennt, der dem Spitzenstrom entspricht, steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement in einen AUS-Zustand. Mit anderen Worten: Der ermittelte Spitzenstrom legt den Zeitpunkt fest, zudem die Steuerschaltung 132 die Eingangsspannung an der Primärwicklung ausschaltet.
Genauer gesagt steuert die Steuerschaltung 132 den EIN-Zustand des Schaltelements 126 anhand des vorbestimmten Spitzenstrompegels und des erfassten Stroms, der durch den Shunt-Widerstand 128 fließt. Die Steuerschaltung 132 enthält beispielsweise einen Komparator (z. B. in Form eines Operationsverstärkers), der den vorgegebenen Spitzenstrompegel mit dem erfassten Strom vergleicht.
Wenn das Schaltelement 126 auf EIN schaltet, fließt noch kein Strom durch den Shunt-Widerstand 128. Der Vergleich des detektierten Stroms mit dem vorbestimmten Spitzenstrompegel erzeugt daher einen positiven Ausgang. In diesem Fall steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so an, dass es im EIN-Zustand bleibt.
Nachdem das Schaltelement 128 auf EIN geschaltet wurde, beginnt ein langsam ansteigender Strom durch die Primärwicklung 112-1 und damit auch durch den Shunt-Widerstand 128 zu fließen. Solange der Vergleich des erfassten Stroms mit dem vorgegebenen Spitzenstrompegel ein positives Ausgangssignal erzeugt, steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so, dass es im EIN-Zustand bleibt.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt übersteigt der langsam ansteigende Strom, der durch die Primärwicklung 112-1 und den Shunt-Widerstand 128 fließt, den vorgegebenen Spitzenstrompegel. Dann wird das Vergleichsergebnis zu einem negativen Ausgang, und die Steuerschaltung 132 steuert das Schaltelement 126 so, dass es in den AUS-Zustand schaltet. Durch den Vergleich des Stroms durch den Shunt-Widerstand 128 mit einem vorbestimmten Spitzenstrompegel steuert die Steuerschaltung 132 also die Dauer des EIN-Zustands.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf den vereinfachten Fall, dass (nur) der Strom, der durch den Shunt-Widerstand 128 fließt, von der Steuerschaltung 132 erfasst wird. Beim QR-Sperrwandler 100 entspricht der von der Steuerschaltung 132 erfasste Strom dem Strom durch den Shunt-Widerstand 128 und ist mit einer Verschiebung überlagert. Die Verschiebung entspricht einer verstärkten Version des ersten Antwortsignals.
Zu diesem Zweck ist der Shunt-Widerstand 128 an eine Rückkopplungsschaltung 142 angeschlossen. Die Rückkopplungsschaltung 142 liefert die verstärkte Version eines ersten Antwortsignals (auf das weiter unten näher eingegangen wird). Dieses Ausgangssignal wird mit dem Signal kombiniert (z. B. überlagert), das dem durch den Shunt-Widerstand 128 fließenden Strom entspricht. Mit anderen Worten: Die Steuerschaltung 132 erfasst eine Kombination aus dem durch den Shunt-Widerstand 128 fließenden Strom verschoben durch das erste Antwortsignal.
Das erste Antwortsignal kann vorzugsweise Werte zwischen 0 V und 5 V annehmen. Über einen Spannungsteiler wird diese Spannung an das Shuntsignal angepasst. Je höher die Verschiebung ist, desto stärker wird die Einschaltzeit reduziert, und je niedriger die Verschiebung ist, desto länger ist die Einschaltzeit des Schalters. Wenn z. B. das erste Antwortsignal einen hohen Wert hat, wird der durch den Shunt-Widerstand 128 fließende Strom aufgrund der Überlagerung um eine hohe Verschiebung erhöht. Die Steuerschaltung 132 erkennt viel früher einen Strom, der über den vorgegebenen Spitzenstrompegel hinausgeht. Daher steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 wesentlich früher an, um vom EIN- in den AUS-Zustand zu schalten. Die EIN-Dauer wird kürzer.
In einem anderen Beispiel wird, wenn das erste Antwortsignal einen niedrigen Wert hat, aufgrund der Überlagerung der erfasste Strom, der durch den Shunt-Widerstand 128 fließt, um eine niedrige Verschiebung verringert. Die Steuerschaltung 132 erkennt erst viel später einen Strom, der über den vorgegebenen Spitzenstrompegel hinausgeht. Daher steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 viel später, um vom EIN- in den AUS-Zustand zu schalten. Die EIN-Dauer wird länger. Mit anderen Worten: Das erste Antwortsignal ist die dem Shuntsignal überlagerte Verschiebung und bewirkt, dass die Ausschaltschwelle „Spitzenstrompegel“ früher erreicht wird, so dass der Schalter 126 früher ausschaltet. Die Erkennung der Ausschaltbedingung folgt immer der untenstehenden Beziehung: $V_IP = V_shunt [f (I_112 - 1)] + V_Verschiebung [f (R \ddot{u} ckkopplung 142)] > Spitzenstromschwelle$
Wichtig ist, dass die Filterschaltung 120 und der Spannungsdetektor 124 langsam sind und nur eine verhältnismäßig kleine Verschiebung in Form des ersten Antwortsignals liefern. Außerdem benötigen die Steuerschaltungen mehrere Regelzyklen, um die Zeitwerte bei Bedarf zurückzusetzen. Daher erlaubt diese Regelung kein ausreichend schnelles Regelverhalten auf Lasttransienten.
Die Steuerschaltung 132 ist auch mit einer Gate-Treiberschaltung 140 verbunden. Damit ist die Steuerschaltung 132 in der Lage, das Schaltelement 126 anzusteuern. Dies ist notwendig, wenn die Steuerschaltung 132 selbst nicht in der Lage ist, das Schaltelement 126 (direkt) mit einem geeigneten Bereich von Steuerspannungen zu versorgen. In einer alternativen Konfiguration ist die Steuerschaltung 132 so konfiguriert, dass sie das Schaltelement 126 direkt ansteuert.
Zusätzlich ist die Steuerschaltung 132 mit der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 verbunden. Damit ist die Steuerschaltung 132 in der Lage, das Schaltelement 126 in einem Zyklus so anzusteuern, dass der Zeitpunkt für das Einschalten der Eingangsspannung synchron mit dem Zeitpunkt des mindestens einen Nulldurchgangszustands (oder des Tals) eingestellt wird, der von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erfasst wird.
Mit anderen Worten, die Steuerschaltung 132 ist so konfiguriert, dass sie in einem Schaltzyklus das Schaltelement 126 ansteuert, um die Eingangsspannung von AUS auf EIN zu schalten (d. h. die AUS-Dauer zu definieren), wenn ein Nullspannungszustand (oder ein Tal) vorliegt, nämlich wenn sich die Primärwicklung 112-1 in einem entmagnetisierten Zustand befindet. Mit anderen Worten: Der Zeitpunkt für das Einschalten der Eingangsspannung wird synchron zu den von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 im Zyklus erfassten Tälern festgelegt. Durch Änderung der Anzahl der Täler, bei denen die Eingangsspannung eingeschaltet wird, kann die Ausschaltzeit t_AUS geändert werden. Eine solche Änderung der Anzahl von Tälern kann von der Steuerschaltung 132 während eines Regelzyklus für einen der folgenden Regelzyklen vorgenommen werden.
Im Rahmen der Erfindung ist der Ausdruck „synchron“ so zu verstehen, dass er sich auf einen (bestimmten) Zeitpunkt bezieht, der dem Zeitpunkt (siehe t_Tal in 4b) eines der mindestens einen Nullspannungszustände oder Täler entspricht, die im Zyklus (siehe t_Zyklus in 4b) von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erkannt werden.
Wenn die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 beispielsweise nur einen einzigen Nullspannungszustand oder ein einziges Tal im Zyklus erkennt, dann ist der Ausdruck „synchron“ eindeutig so zu verstehen, dass er sich auf diesen (spezifischen) Zeitpunkt bezieht. Wenn die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 beispielsweise mehrere, beispielsweise 10 Nullspannungszustände im Zyklus erkennt, dann kann der Ausdruck „synchron“ so verstanden werden, dass er sich auf jeden dieser (spezifischen) Zeitpunkte bezieht.
Dadurch wird die Schalteffizienz des QR-Sperrwandlers 100 im Vergleich zum Schalten zu verschiedenen Zeitpunkten ohne Nullspannungszustand (oder Tal) verbessert.
Wenn sich die Primärwicklung 112-1 zum Zeitpunkt des Schaltens in einem entmagnetisierten Zustand befindet und die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 einen Nullspannungszustand erkennt, ist das Schaltelement 126 einem minimalen Spannungspegel ausgesetzt, der von der Sekundärwicklung 112-2 zur Primärwicklung 112-1 reflektiert wird. Somit wird beim Einschalten des Schaltelements 126 nur der minimale Spannungspegel gegen Masse entladen, was zu einer verbesserten Schalteffizienz führt.
Wenn die Steuerschaltung 132 so konfiguriert ist, dass sie das Schaltelement 126 synchron mit dem erkannten Nullspannungszustand schaltet, wird dies allgemein als Quasi-Resonanzbetrieb verstanden, d. h. als Spezifizierung des Betriebs des QR-Sperrwandlers 100. Mit anderen Worten, der Ausdruck quasiresonanter Sperrwandler, QR, schreibt dem Sperrwandler der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform bereits - inhärent - vor, dass er einen quasiresonanten Betrieb unterstützt.
Der Klarheit halber soll noch einmal betont werden, dass ein quasiresonanter Betrieb eines Sperrwandlers jedoch nicht vorschreibt, zu welchem genauen Zeitpunkt (d. h. in welchem Tal) das Schaltelement 126 gesteuert wird, um von AUS auf EIN zu schalten. Mit anderen Worten, da es zahlreiche wiederholt auftretende Nullspannungszustände (oder Täler) zum Schalten des Schaltelements 126 zu den verschiedenen Zeitpunkten der Nullspannungszustände gibt, muss der genaue Zeitpunkt in der Steuerschaltung 132 weiter bestimmt werden.
Zu diesem Zweck empfängt die Steuerschaltung 132 ein erstes Antwortsignal (in den Figuren als Rückkopplung bezeichnet), das auf der Sekundärseite der Transformatorschaltung 112 erfasst wird. In Abhängigkeit von diesem ersten Antwortsignal bestimmt die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer der Eingangsspannung am Schaltelement 126, d. h. die Dauer, wie lange kein Strom durch die Primärwicklung 112-1 fließt, wodurch die auf die Sekundärwicklung 112-2 übertragene Energiemenge bestimmt wird.
Ferner steuert die Steuerschaltung 132 die Dauer des Ausschaltens, d. h. bis zum Einschalten, synchron mit dem Zeitpunkt (t Tal in 4b) des mindestens einen Nullspannungszustands (oder Tals), der von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erfasst wird. Mit anderen Worten: Zusätzlich zum ersten Antwortsignal steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so, dass sich der QR-Sperrwandler stets im Quasi-Resonanzbetrieb befindet, d. h. dass das Schalten nur dann erfolgt, wenn sich die Primärwicklung 112-1 in einem entmagnetisierten Zustand befindet.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so steuert, dass es von AUS auf EIN schaltet (Definition der AUS-Dauer), indem sie die AUS-Dauer in Inkrementen oder Dekrementen eines vorkonfigurierten Zeitintervalls variiert, z. B. in Inkrementen oder Dekrementen von 2*tV. Diese Variation der AUS-Dauer wird von der Steuerschaltung 132 in Abhängigkeit von dem ersten Antwortsignal bestimmt. So kann beispielsweise der Zeitpunkt für das Einschalten der Eingangsspannung vom Einschalten beim ersten Tal zum Einschalten beim dritten Tal geändert werden. Für eine solche Änderung des Einschaltzeitpunkts sind mehrere Regelzyklen erforderlich, da die in den jeweiligen Zeiteinheiten gespeicherten Werte auf die gewünschten neuen Werte gesetzt werden müssen.
Wenn die Steuerschaltung 132 beispielsweise ein erstes Antwortsignal empfängt, das eine Verringerung des Ausgangsspannungspegels anzeigt, dann bestimmt die Steuerschaltung 132, dass die AUS-Dauer um das vorkonfigurierte Zeitintervall, z. B. 2*tV, verringert wird, während die Steuerschaltung 132, wenn sie ein erstes Antwortsignal empfängt, das eine Erhöhung des Ausgangsspannungspegels anzeigt, bestimmt, dass die AUS-Dauer um das (gleiche) vorkonfigurierte Zeitintervall, z. B. 2*tV, erhöht wird.
Im Anschluss an dieses Beispiel kann die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer wie folgt herabsetzen. Angenommen, die AUS-Dauer wurde so bestimmt, dass sie dem zehnten Nullspannungszustand oder Tal entspricht, dann kann die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer so verringern, dass sie dem neunten Nullspannungszustand oder Tal entspricht. Diese Verringerung entspricht dem vorkonfigurierten Zeitintervall, z. B. 2*tV. Die Änderung des Zeitpunkts für das Wiedereinschalten der Eingangsspannung dauert mehrere Regelzyklen, so dass das erfindungsgemäße schnelle Antwortsignal erforderlich ist.
Auch in diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 132 die Ausschaltdauer wie folgt erhöhen. Angenommen, die AUS-Dauer wurde beispielsweise so bestimmt, dass sie dem fünfzehnten Nullspannungszustand oder Tal entspricht, dann kann die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer so erhöhen, dass sie dem sechzehnten Nullspannungszustand oder Tal entspricht. Diese Erhöhung entspricht wiederum dem vorkonfigurierten Zeitintervall, z. B. 2*tV.
Das Zeitintervall (z. B. 2*tV in 4b) kann so vorkonfiguriert werden, dass es der berechneten Resonanzfrequenz entspricht, die durch die Induktivität L (siehe L_Streu in 4a) der Primärwicklung 112-2 und die parasitäre Kapazität (siehe Cp in 4a) des Schaltelements 126 bestimmt wird. Alternativ kann das Zeitintervall so vorkonfiguriert werden, dass es der Zeitdauer (Zeitdifferenz) zwischen den Zeitpunkten (t_Tal) einer bestimmten Anzahl, z. B. zwei (oder mehr), aufeinanderfolgenden Nullspannungszuständen entspricht, die von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erfasst werden.
Um auf das obige Beispiel zurückzukommen, wird das Zeitintervall so vorkonfiguriert, dass es der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten (t_Tal) von (genau) zwei aufeinanderfolgenden Nullspannungszuständen entspricht, nämlich dem Zeitintervall 2*tV. Dann erhöht/verringert die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer durch Addition/Subtraktion der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten der (genau) zwei aufeinanderfolgende Nullspannungszustände.
In einer alternativen Implementierung enthält die Steuerschaltung 132 eine Zählerschaltung, die für jeden Zyklus die von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erkannten Nullspannungszustände (oder Täler) zählt und die Gesamtzahl der gezählten Nullspannungszustände mit der festgelegten Zielanzahl von Nullspannungszuständen vergleicht. Wenn die Steuerschaltung 132 feststellt, dass die Zielanzahl der Nullspannungszustände erreicht ist, steuert sie das Schaltelement 126, um vom AUS- in den EIN-Zustand zu wechseln (AUS-Dauer).
Bei dieser Implementierung erhöht/verringert die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer, indem sie die Zielanzahl der Nullspannungszustände variiert. Empfängt die Steuerschaltung 132 ein erstes Antwortsignal, das eine Verringerung des Ausgangsspannungspegels anzeigt, dann verringert die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer, indem sie die Zielanzahl der Nullspannungszustände entsprechend der vorkonfigurierten Anzahl verringert. Empfängt die Steuerschaltung 132 ein erstes Antwortsignal, das eine Erhöhung des Ausgangsspannungspegels anzeigt, dann erhöht die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer, indem sie die Zielanzahl der Nullspannungszustände entsprechend der vorkonfigurierten Anzahl erhöht.
Da das Zeitintervall (z.B. 2*tV in 4b) in Übereinstimmung mit den berechneten oder erkannten Zeitpunkten der Nullspannungszustände vorkonfiguriert ist, wird folglich sichergestellt, dass die Steuerschaltung 132 die Eingangsspannung durchgängig (nur) synchron zu den verschiedenen Zeitpunkten der Nullspannungszustände einschaltet, selbst wenn die AUS-Dauer gegenüber dem vorherigen Zyklus gemäß dem ersten Antwortsignal variiert wird.
Im Einzelnen empfängt die Steuerschaltung 132 das erste Antwortsignal vom Spannungsdetektor 124 auf der Sekundärseite der Transformatorschaltung 112. Der Spannungsdetektor 124 erfasst den Pegel der Ausgangsspannung auf der Sekundärseite und leitet dann ein entsprechendes erstes Antwortsignal über einen Optokoppler 144 an die Primärseite der Transformatorschaltung 112 weiter.
Der Optokoppler 144 dient der Aufrechterhaltung der (galvanischen) Isolationsgrenze zwischen der Primär- und der Sekundärseite der Transformatorschaltung 112. Dies ist jedoch nur eine von verschiedenen alternativen Implementierungen für die Weiterleitung des ersten Antwortsignals über die (galvanische) Isolationsgrenze. Das erste Antwortsignal kann zum Beispiel auch über einen Y-Kondensator übertragen werden.
Auf der Primärseite wird das erste Antwortsignal von der Steuerschaltung 132 empfangen. Insbesondere wird das erste Antwortsignal zunächst von einer Rückkopplungsschaltung 142 empfangen. Das erste Antwortsignal kann aufgrund der Versorgungsspannung (üblicherweise +5V) des Optokopplers 144 einen Spannungspegel zwischen 0V und 5V haben. Die Rückkopplungsschaltung 142 erzeugt als Bypass mittels eines Spannungsteilers ein Verschiebungssignal für die Shunt-Spannung, wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch ersichtlich wird. Optional kann die Rückkopplungsschaltung 142 auch das erste Antwortsignal des Optokopplers 144 verstärken und/oder filtern und dann das aufbereitete Signal der Steuerschaltung 132 zuführen, wodurch Schwingungen und unerwünschte transiente Signale reduziert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das erste Antwortsignal einen Pegelbereich hat, der für die Erfassung durch die Steuerschaltung 132 geeignet ist.
Zusätzlich ist die Rückkopplungsschaltung 142 mit dem Shunt-Widerstand 138 verbunden. Mit dieser Verbindung liefert die Rückkopplungsschaltung 142 die (optional konditionierte) Version des ersten Antwortsignals als Verschiebung bei der Erfassung des Stroms, der durch den Shunt-Widerstand 128 fließt. Mit anderen Worten, das erste Antwortsignal verschiebt den von der Steuerschaltung 132 zu erfassenden Strom, wodurch die EIN-Dauer eingestellt wird, nämlich dann, wenn die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 vom EIN- in den AUS-Zustand steuert.
Das erste Antwortsignal ist jedoch langsam (z. B. aufgrund der ersten Filterschaltung 120 und aufgrund der Verarbeitung im Spannungsdetektor 124) und nicht in der Lage, schnelle Lasttransienten am Gleichstromausgang 104 widerzuspiegeln. Dementsprechend kann die Steuerschaltung 132 mit diesem ersten Antwortsignal den Zeitpunkt des Einschaltens der Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 nur ungenau (d. h. mit einer großen Zeitverzögerung) festlegen. Außerdem sind auch die Vorgänge innerhalb des Mikrocontrollers, der die Steuerschaltung 132 bildet, langsamer als die Schaltzyklen. Wie bereits erwähnt, erfordert die Änderung des Zeitpunkts des Einschaltens der Eingangsspannung mehrere Regelzyklen.
Zur genaueren (z. B. verzögerungsfreien) Bestimmung des Zeitpunkts für das Einschalten der Eingangsspannung empfängt die Steuerschaltung 132 ein schnelles (zweites) Antwortsignal von der anderen Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite. Das schnelle (zweite) Antwortsignal ermöglicht eine schnellere Steuerung als mit dem ersten Antwortsignal allein.
Der Klarheit halber soll in diesem Zusammenhang betont werden, dass das zweite Antwortsignal, das von der anderen Steuerschaltung 134 an die Steuerschaltung 132 übertragen wird, in der vorliegenden Ausführungsform nicht als Ersatz für das erste Antwortsignal angesehen werden kann. Vielmehr beruht diese Ausführungsform auf dem Verständnis, dass das zweite Antwortsignal das erste Antwortsignal in bestimmten Situationen ergänzt, nämlich im Falle schneller Lasttransienten.
Nun zur Steuerschaltung 134 im Einzelnen:

Die weitere Steuerschaltung 134 ist auf der Sekundärseite der Transformatorschaltung 112 vorgesehen und ist dazu ausgebildet, die Steuerschaltung 132 auf der Primärseite zu unterstützen. Insbesondere unterstützt die Steuerschaltung 134 der Sekundärseite die Steuerschaltung 132 beim Auftreten schneller Lasttransienten. Zu diesem Zweck ist die Steuerschaltung 134 kommunikativ mit der Steuerschaltung 132 gekoppelt und stellt diesem ein zweites Antwortsignal zur Verfügung.

Insbesondere ist die Steuerschaltung 134 über Y-Kondensatoren 146, 148 mit der Steuerschaltung 132 verbunden, wobei jeder der Y-Kondensatoren 146, 148 ein separates des mindestens einen zweiten Antwortsignal von der Steuerschaltung 134 an die Steuerschaltung 132 weiterleitet. In einer alternativen Implementierung kann die Verbindung auch über separate Optokoppler oder andere Mittel realisiert werden, solange die (galvanische) Isolationsgrenze beibehalten wird.
Im Einzelnen ist die sekundärseitige Steuerschaltung 134 mit dem Gleichstromausgang 104 verbunden und so konfiguriert, dass sie einen Pegel der von der Sekundärwicklung 112-2 an den Gleichstromausgang 104 gelieferten Ausgangsspannung erfasst. Der ermittelte Pegel der Ausgangsspannung entspricht demjenigen am Gleichstromausgang 104. Darüber hinaus ist die Steuerschaltung 134 mit dem Shunt-Widerstand 122 verbunden und so konfiguriert, dass sie einen Pegel des Ausgangsstroms erfasst, der in der Sekundärwicklung 112-2 induziert und somit ebenfalls an den Gleichstromausgang 104 geliefert wird. Der erfasste Pegel des Ausgangsstroms entspricht demjenigen am Gleichstromausgang 104.
Auf der Grundlage des erfassten Pegels der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms ist die Steuerschaltung 134 so konfiguriert, dass sie schnelle Lasttransienten erkennt. Die Steuerschaltung 134 ist so konfiguriert, dass sie feststellt, wenn die Änderung des erfassten Pegels der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet (d. h. höher ist als dieser).
Im Falle eines schnellen Anstiegs der Last ändert sich (d.h. steigt) beispielsweise der erfasste Wert des Ausgangsstroms, so dass die Änderung den vorbestimmten Schwellenwert überschreiten kann. Außerdem ändert sich in diesem Beispiel gleichzeitig mit dem Ausgangsstrom der erfasste Pegel der Ausgangsspannung (d. h. er sinkt), so dass die Änderung ebenfalls den vorgegebenen Schwellenwert überschreiten kann.
In einem anderen Beispiel ändert sich (d.h. sinkt) der erfasste Pegel des Ausgangsstroms im Falle einer schnellen Abnahme der Last und kann somit den vorgegebenen Schwellenwert überschreiten. In diesem Beispiel ändert sich (d.h. steigt) gleichzeitig mit dem Ausgangsstrom der erfasste Pegel der Ausgangsspannung, so dass die Änderung ebenfalls den vorgegebenen Schwellenwert überschreiten kann.
Dementsprechend kann die Steuerschaltung 134 durch die kombinierte Erfassung des Ausgangsstrompegels und des Ausgangsspannungspegels und den Vergleich der Änderung der erfassten Pegel mit einem vorbestimmten Schwellenwert verschiedene Arten (z. B. ansteigende und abfallende) von schnellen Lasttransienten erkennen und somit der Steuerschaltung 132 auf der Primärseite der Transformatorschaltung 112 eine wertvolle Unterstützung bieten.
Beispielsweise können die verschiedenen Arten von schnellen Lasttransienten durch Vergleich der Änderung der erfassten Pegel mit einer Nachschlagetabelle mit vorgegebenen Schwellenwerten ermittelt werden, um die geeignete Reaktion auf den schnellen Lasttransienten zu bestimmen.
In jedem Fall sendet die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite mindestens ein zweites Antwortsignal an die Steuerschaltung 132, wenn der erfasste Pegel der Ausgangsspannung und/oder die Änderung der erfassten Pegel der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
In einer beispielhaften Implementierung sendet die Steuerschaltung 134 ein zweites Antwortsignal (in den Figuren als FR_Hoch bezeichnet), wenn der erfasste Pegel des Ausgangsstroms ansteigt und die Änderung (Änderungsrate) desselben einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und/oder sendet dasselbe zweite Antwortsignal (als FR_ Hoch bezeichnet), wenn der erfasste Pegel der Ausgangsspannung abfällt und die Änderung (Änderungsrate) desselben einen anderen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
In einer weiteren beispielhaften Implementierung sendet die Steuerschaltung 134 ein weiteres zweites Antwortsignal (in den Figuren als FR_Tief bezeichnet), wenn der erfasste Pegel des Ausgangsstroms abnimmt und dessen Änderung (Änderungsrate) einen weiteren vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und/oder sendet dasselbe zweite Antwortsignal (als FR_Tief bezeichnet), wenn der erfasste Pegel der Ausgangsspannung ansteigt und dessen Änderung (Änderungsrate) einen noch weiteren vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Es ist zu beachten, dass der Strom schneller auf eine Änderung der Last reagiert als die Ausgangsspannung, die aufgrund des normalerweise vorhandenen Ausgangskondensators mit einer Verzögerung ansteigt. Daher wird vorteilhafterweise der Ausgangsstrom überwacht. Es kann aber natürlich auch die Ausgangsspannung überwacht werden.
In den obigen Ausführungen wird die Bestimmung, ob die Änderung (Änderungsrate) den Schwellenwert überschreitet oder nicht, als getrennte Operationen beschrieben, nämlich für den erfassten Pegel der Ausgangsspannung und für den erfassten Pegel des Ausgangsstroms. Sie können jedoch auch in Kombination durchgeführt werden.
Wenn die Steuerschaltung 134 beispielsweise feststellt, dass ein erfasster Pegel der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms den Schwellenwert überschreitet, kann sie auch feststellen, ob der andere erfasste Pegel ebenfalls den Schwellenwert überschreitet oder nicht. In Abhängigkeit von diesen bedingten Bestimmungsoperationen kann die Steuerschaltung 134 dann konfiguriert werden, ob das entsprechende eine des mindestens einen zweiten Antwortsignals übertragen wird oder nicht.
Beispielsweise kann der ermittelte Pegel der Ausgangsspannung eine Laständerung (z. B. aufgrund des Elektrolytkondensators 118) langsamer widerspiegeln, kann aber dennoch der Steuerschaltung 134 helfen zu bestimmen, ob eine Änderung des ermittelten Pegels des Ausgangsstroms tatsächlich rechtfertigt, dass die Steuerschaltung 134 das entsprechende des mindestens einen zweiten Antwortsignals sendet oder nicht.
Die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite sendet also zwei unterschiedliche zweite Antwortsignale an die Steuerschaltung 132, die eine schnelle Lasttransiente anzeigen, auf deren Grundlage die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so steuern kann, dass es mehr oder weniger Energie von der Primärwicklung 112-1 zur Sekundärwicklung 112-2 der Transformatorschaltung 112 überträgt.
In einer beispielhaften Implementierung ist jedes der beiden unterschiedlichen zweiten Antwortsignale so definiert, dass es einer steigenden Flanke zwischen zwei separaten Signalpegeln entspricht. Ein erster Pegel zeigt an, dass die Änderung des jeweils erfassten Pegels der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet (das Signal ist inaktiv), während der Übergang zu einem zweiten Pegel (ansteigende Flanke) anzeigt, dass die Änderung des jeweils erfassten Pegels der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (das Signal wird als FR_Hoch oder FR_Tief bezeichnet).
In einer alternativen beispielhaften Implementierung haben die beiden unterschiedlichen zweiten Antwortsignale mehr Signalpegel, die zusätzlich angeben, um wie viel die Änderung des jeweils erfassten Pegels der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
In Abhängigkeit von dem empfangenen mindestens einen zweiten Antwortsignal ist die primärseitige Steuerschaltung 132 dazu eingerichtet, für den nachfolgenden Zyklus die Dauer des Ausschaltens des Schaltelements 126 auf einen vorkonfigurierten Zeitpunkt einzustellen.
Insbesondere wird dieser Zeitpunkt in der Steuerschaltung 132 so vorkonfiguriert, dass er unabhängig von der Dauer des Ausschaltens der Eingangsspannung während des vorherigen Zyklus ist. Beispielsweise kann der vorkonfigurierte Zeitpunkt die Dauer des Ausschaltens der Eingangsspannung entsprechend dem (absoluten) Zeitpunkt eines bestimmten (z. B. ersten/zweiten) Nullspannungszustands (oder eines ersten/zweiten Tals) festlegen, der von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erkannt wird.
Eine schnelle Lasttransiente tritt unabhängig von irgendwelchen Zyklusgrenzen auf. Der Erkennungsvorgang durch die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite und die Übertragung an die Steuerschaltung 132 auf der Primärseite ist also nicht unbedingt abgeschlossen, bevor die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 im aktuellen Zyklus ansteuert. Mit anderen Worten: Selbst wenn die schnelle Lasttransiente im vorherigen Zyklus auftritt, kann eine entsprechende Reaktion der primären Steuerschaltung 132 im nachfolgenden Zyklus nicht gewährleistet werden. Daher legt die Steuerschaltung 132 die Dauer des Abschaltens der Eingangsspannung nur für den nachfolgenden Zyklus fest.
Eine solche Ausgestaltung der Steuerschaltung 132 stellt sicher, dass die Ansteuerung des Schaltelements 126 immer nach dem Empfang des mindestens einen zweiten Antwortsignals erfolgt, und zwar unabhängig vom aktuellen Zyklus. Dabei beeinflusst das zweite Antwortsignal (nur) die AUS-Dauer des nachfolgenden Zyklus. Somit kann das zweite Antwortsignal auch während des Startbetriebs verwendet werden. Insbesondere kann eine vorkonfigurierte Zeitdauer von der Steuerschaltung 132 verwendet werden, unabhängig davon, ob dieselbe Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 unmittelbar zuvor gesteuert hat oder nicht. Da der Mikrocontroller langsamer ist, werden immer mehrere Schaltzyklen mit den gleichen Taleinstellungen durchgeführt. Der Ein- und Ausschaltzeitpunkt kann aufgrund des Signals V_Rückkopplung innerhalb eines Prozessor-(Regel-)zyklus nur geringfügig geändert werden.
In einer beispielhaften Implementierung wird die Zeitdauer in der Steuerschaltung 132 für das erste des mindestens einen zweiten Antwortsignals (als FR_Hoch bezeichnet) so vorkonfiguriert, dass sie einem Zeitpunkt eines ersten/zweiten Nullspannungszustands (oder eines ersten/zweiten Tals) entspricht. Diese vorkonfigurierte Zeitdauer kann dann von der Steuerschaltung 132 als Reaktion auf den Empfang des ersten des mindestens einen zweiten Antwortsignals (als FR_Hoch bezeichnet) verwendet werden, das einen schnellen Lasttransienten-Anstieg der angeschlossenen Last anzeigt.
In einer anderen beispielhaften Implementierung wird die Zeitdauer in der Steuerschaltung 132 für das zweite des mindestens einen zweiten Antwortsignals (als FR_Tief bezeichnet) so vorkonfiguriert, dass sie einem Zeitpunkt eines zwanzigsten/dreißigsten Nullspannungszustands (oder einem zwanzigsten/dreißigsten Tal) entspricht. Diese vorkonfigurierte Zeitdauer kann dann von der Steuerschaltung 132 als Reaktion auf den Empfang des zweiten der mindestens einen zweiten Antwortsignale (als FR_Tief bezeichnet) verwendet werden, das einen schnellen Lasttransienten-Abnahme der angeschlossenen Last anzeigt.
In einer anderen beispielhaften Implementierung ist die Steuerschaltung 132 so konfiguriert, dass sie im Falle des Empfangs des mindestens einen zweiten Antwortsignals jede gerade laufende Steuerungsoperation unterbricht, um die AUS-Dauer, d. h. bis zum Einschalten der Eingangsspannung, für den nächsten Zyklus festzulegen. Durch diese Unterbrechungsverarbeitung in der Steuerschaltung 132 kann eine schnelle Reaktion auf das mindestens eine zweite Antwortsignal (z.B. FR_Hoch und FR_Tief) gewährleistet werden. Mit anderen Worten, beim Empfang des mindestens einen zweiten Antwortsignals geht die Steuerschaltung 132 in die Unterbrechungsverarbeitung über, um die AUS-Dauer des Schaltelements 126 im nachfolgenden Zyklus einzustellen, wodurch eine Verzögerung aufgrund unterschiedlicher Steueroperationen durch dieselbe Steuerschaltung 132 vermieden wird.
Nun zu einem beispielhaften Betrieb des QR-Sperrwandlers 100:

Unter Bezugnahme auf die 2a und 2b sollen die Vorteile des QR-Sperrwandlers 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform näher erläutert werden, und zwar im Zusammenhang mit einem beispielhaften Hochlastzustand, wie er in 2a dargestellt ist, und einem beispielhaften Niedriglastzustand, wie er in 2b dargestellt ist.

In beiden Figuren ist der Betrieb des QR-Sperrwandlers 100 in Form eines Signaldiagramms über die Zeit dargestellt, wobei die relevanten Signale, die darauf Einfluss haben, gekennzeichnet sind. Untereinander angegeben sind die Drain-Source-Spannung am Schalter 126 (bezeichnet als U_Drain_Schalter), das erste Antwortsignal (bezeichnet als Rückkopplung), wie es von der Steuerschaltung 132 auf der Primärseite empfangen wird, ein zweites Antwortsignal (bezeichnet als FR_Hoch in 2a und bezeichnet als FR_Tief in 2b), wie es von der Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite an die Steuerschaltung 132 auf der Primärseite weitergeleitet wird, und der Ausgangsstrom (bezeichnet als I_AUS, wie er ebenfalls von der Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite erfasst wird.
In 2a befindet sich der QR-Sperrwandler 100 zunächst im Leerlauf, und die Ausgangsspannung (bezeichnet als V_AUS) wird auf einem konstanten Niveau gehalten. Die Drain-Source-Spannung am Schalter 126 (bezeichnet als U_Drain_Schalter) ist die Spannung des Elektrolytkondensators 110, solange dieser nicht geschaltet ist. In diesem Moment (Standby) ist der Ausgangsstrom I_AUS gleich Null. In der Regel lässt sich dieser Vorgang in einem QR-Sperrwandler 100 begründen, der sich in einem Leerlaufzustand befindet, z. B. wenn er mit seinem Wechselstromeingang 102 an eine externe Stromversorgung angeschlossen ist, aber nicht mit seinem Gleichstromausgang 104 an eine externe Last angeschlossen ist.
Dann wird der QR-Sperrwandler 100 an eine Last angeschlossen. Zum Zeitpunkt t1 befindet sich der QR-Sperrwandler 100 immer noch im Leerlauf, erlebt jedoch einen Übergang von einem Zustand ohne Last zu einem Zustand mit hoher Last. Dies zeigt sich darin, dass der Ausgangsstrom von einem niedrigen auf einen hohen Wert ansteigt. Mit anderen Worten, der QR-Sperrwandler 100 muss in diesem Beispiel mit einer schnellen Lasttransiente fertig werden. Der Zeitpunkt t1 ist in 2a beispielhaft dargestellt. Die genaue Lage des Zeitpunktes t1 hängt von der Zyklusdauer der sekundärseitigen Steuerschaltung ab (z. B. im Bereich von 20 µs). Da die sekundärseitige Steuerschaltung zwei Messwerte vergleichen muss, liegt der Zeitpunkt t1 immer irgendwo im ansteigenden Bereich der Stromkurve C4.
Der Übergang in den Hochlastzustand wirkt sich vor allem auf den Ausgangsstrom aus, was zum Zusammenbruch der Ausgangsspannung am Elektrolytkondensator 118 führen kann.
Da die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite kontinuierlich die Höhe der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms erfasst, stellt sie zum Zeitpunkt t1 auch einen steigenden Pegel des Ausgangsstroms fest. Dieser Zeitpunkt t1 ist im Übrigen nur einer von vielen Erfassungszeitpunkten, auf die sich die folgenden Ausführungen konzentrieren.
Dann stellt die Steuerschaltung 134 fest, dass die zum Zeitpunkt t1 erfasste Änderung des Pegels des Ausgangsstroms einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Wie bereits erwähnt, kann der Schwellenwert in der Steuerschaltung 134 vorbestimmt werden, um eine Erhöhung und/oder eine Verringerung des Lastzustands feststellen zu können.
In Reaktion auf diese Feststellung sendet die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite mindestens ein zweites Antwortsignal an die Steuerschaltung 132 auf der Primärseite. Für den erhöhten Lastzustand sendet die Steuerschaltung 134 ein entsprechendes Signal mit der Bezeichnung FR_Hoch an die Steuerschaltung 132. Dieses mindestens eine zweite Antwortsignal wird von der Steuerschaltung 134 über den Y-Kondensator 148 an die Steuerschaltung 132 übertragen.
Zum Zeitpunkt t2 empfängt die Steuerschaltung 132 das mindestens eine zweite Antwortsignal. In diesem Beispiel hat das zweite Antwortsignal die Form eines Impulses mit einem hohen Signalpegel, einer steilen Anstiegsflanke und einer steilen Abfallflanke. Dadurch kann der Zeitpunkt t2 von der Steuerschaltung 132 leicht erkannt werden. Es kann leicht von den Signaltransienten (Rauschen) des zweiten Antwortsignals nach dem Zeitpunkt t3 unterschieden werden. Diese Signaltransienten stammen aus dem Dauerbetrieb des Schaltelements 126, haben jedoch keinen Einfluss auf die Funktion des QR-Sperrwandlers 100.
Als Reaktion auf den Empfang des mindestens einen zweiten Antwortsignals zum Zeitpunkt t2 unterbricht die Steuerschaltung 132 ihre Verarbeitung, um die AUS-Dauer für einen nachfolgenden Zyklus, d. h. die Dauer bis zum Einschalten der Eingangsspannung, auf eine vorkonfigurierte Zeitdauer einzustellen. Die vorkonfigurierte Zeitdauer ist unabhängig von der AUS-Dauer des aktuellen Zyklus. Mit anderen Worten: Selbst wenn die Steuerschaltung 132 den Betrieb noch nicht aufgenommen hat, bestimmt sie die AUS-Dauer für den nachfolgenden Zyklus entsprechend einem vorkonfigurierten Wert.
In diesem speziellen Beispiel wird die AUS-Dauer von der Steuerschaltung 132 so eingestellt, dass sie dem Zeitpunkt des zweiten Nullspannungszustandes (oder zweiten Tals) entspricht. Dies ist in der Figur während des nachfolgenden Zyklus zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 zu erkennen. In diesem nachfolgenden Zyklus steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 tatsächlich so, dass es zu einem Zeitpunkt von AUS auf EIN schaltet, der dem erkannten Zeitpunkt des zweiten Nullspannungszustandes (oder des zweiten Tals) entspricht.
Darüber hinaus wird der Spitzenstrompegel durch einen Referenzspannungswert definiert, der z. B. hardwaremäßig eingestellt wird. Der interne Komparator der primärseitigen Steuerschaltung 132 vergleicht die Spannung am Shunt 128 mit dem Referenzspannungswert. Überschreitet die Shunt-spannung den Referenzspannungswert, wird die Eingangsspannung abgeschaltet. Die Dauer der EIN-Zeit t_AN ergibt sich somit aus der vom Komparator vorgegebenen Ausschaltbedingung.
Zusätzlich kann eine maximale Einschaltdauer eingestellt werden. Diese maximale Einschaltdauer kann als Schutzmaßnahme angesehen werden. Wenn der Regler den Spitzenstrom I Spitze nicht richtig erkennt, wird die Eingangsspannung nach Ablauf der maximalen EIN-Zeit trotzdem abgeschaltet. Somit wird das Gerät auch im Fehlerfall nicht beschädigt. Die maximale Einschaltzeit ist jedoch so eingestellt, dass unter normalen Bedingungen zuerst das Abschaltkriterium I_Spitze erfüllt wird.
Normalerweise bleibt der Spitzenstrompegel ein konstanter vorgegebener Wert. Der Eingangsspannungspegel kann jedoch als Verschiebung zu einer Shuntspannung addiert werden. Dann ist die resultierende Spitzenspannung in jedem Schaltzyklus zusätzlich von der tatsächlich anliegenden Eingangsspannung abhängig.
Die Steuerschaltung 132 steuert dann das Schaltelement 126 so, dass es zu einem beliebigen Zeitpunkt von AUS auf EIN schaltet, da jeder Zeitpunkt des Einschaltens synchron ist. Dieses EIN-Schalten erfolgt zum Start, nachdem die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer eingestellt und den Spitzenstrompegel wie zuvor beschrieben bestimmt hat. Nach diesen beiden Schritten kann sichergestellt werden, dass die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 kontinuierlich mit dem richtigen Timing steuern kann.
Da die Steuerschaltung 132 anläuft, muss er die Anforderung des synchronen Schaltens nicht erfüllen. Es gibt einfach keine Zeitpunkte, an denen die mindestens ein Nullspannungszustand im vorangegangenen Zyklus erkannt wurde, nach denen der Zeitpunkt für das Einschalten festgelegt werden kann. Anders verhält es sich, wenn sich die Steuerschaltung 132 nicht in der Startphase befindet, sondern im Dauerbetrieb ist.
Ferner steuert die Steuerschaltung 132 das Ausschalten der Eingangsspannung so, dass der in der Primärwicklung 112-1 fließende Strom den Spitzenstrompegel nicht überschreitet. Wie bereits erwähnt, ermöglicht der ermittelte Spitzenstrompegel zusammen mit dem erfassten Strom durch den Shunt-Widerstand 128, der durch das erste Antwortsignal verschoben wird, der Steuerschaltung 132 die Steuerung der EIN-Dauer des Schaltelements 126.
In diesem Beispiel detektiert die Steuerschaltung 132 einen Strom, der mit einer geringeren Verschiebung überlagert ist, der einem reduzierten ersten Antwortsignal entspricht. Aufgrund der immer noch fallenden Rückkopplung-Spannung wird die Anzahl der Täler etwa 90 µs nach t4 wieder um 1 reduziert, um die zu übertragende Energie weiter zu erhöhen. Gleichzeitig sorgt die aus V_Rückkopplung resultierende abnehmende Verschiebungsspannung am Shunt dafür, dass auch die EIN-Zeit erhöht wird und damit die übertragene Energie pro Schaltzyklus steigt. Dadurch steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so, dass es im aktuellen Zyklus eine längere EIN-Dauer hat als im vorherigen Zyklus, d.h. im Zyklus zwischen dem Zeitpunkt t3 und t4.
Beim Ausschalten zum Zeitpunkt t3 hört der in der Primärwicklung 112-1 fließende Strom auf, und eine begrenzte Energiemenge wird auf die Sekundärwicklung 112-2 der Transformatorschaltung 112 übertragen. Dementsprechend ist nach dem Zeitpunkt t3 ein Anstieg der Drain-Source-Spannung am Schaltelement 126 (bezeichnet als U_Drain_Schalter) zu beobachten.
Da jedoch nur eine begrenzte Energiemenge übertragen wird, sinkt die Drain-Source-Spannung am Schaltelement 126 (als U_Drain_Schalter bezeichnet) anschließend ab, und ein erster und ein zweiter Zeitpunkt eines Nullspannungszustands (oder ein erstes und ein zweites Tal) können von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erfasst werden.
Da, wie gesagt, die Ausschaltdauer bis zum erneuten Einschalten der Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 von der Steuerschaltung 132 im vorherigen Zyklus festgelegt wurde, ist sie bereits so konfiguriert, dass die Schalter synchron eingeschaltet werden, d. h. zum Zeitpunkt des zweiten Nullspannungszustandes (oder des zweiten Tals).
Folglich steuert die Steuerschaltung 132 zum Zeitpunkt t4 den Zeitpunkt des Einschaltens der Eingangsspannung synchron mit dem Zeitpunkt des mindestens einen Nullspannungszustands (oder des Tals). Zum Zeitpunkt t5 wird der Schalter 126 wieder ausgeschaltet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der QR-Sperrwandler 100 aufgrund der längeren EIN-Dauer, die durch den abnehmenden Verschiebungswert am Shunt 128 verursacht wird, und der kürzeren AUS-Dauer eine hohe Energiemenge vom Wechselstromeingang 102 zum Gleichstromausgang 104 überträgt. Wie aus der Kurve C1 ersichtlich ist, verringert sich 90 µs nach dem Zeitpunkt t5 die Anzahl der Täler, bevor der Schalter wieder eingeschaltet wird, erneut. Dies zeigt, wie lange es dauert, bis der Mikrocontroller 132 eine Änderung des Zeitpunktes erreicht, um den Schalter wieder einzuschalten, wenn er nur die Abhängigkeit von V_Rückkopplung nutzt. Im Gegensatz dazu ermöglicht die mindestens eine zweite Steuerschaltung 134 dem QR-Sperrwandler 100, schnell auf Lasttransienten zu reagieren.
In 2b befindet sich der QR-Sperrwandler 100 zunächst im Dauerbetrieb, und die Drain-Source-Spannung am Schaltelement 126 (U_Drain_Schalter genannt) oszilliert kontinuierlich zwischen einem hohen und einem niedrigen Spannungspegel. Mit dieser oszillierenden Drain-Source-Spannung erzeugt der QR-Sperrwandler 100 einen ausreichend hohen Ausgangsstrom (als I_AUS bezeichnet), der von einer an den Gleichstromausgang 104 angeschlossenen Last benötigt wird.
In diesem Beispiel arbeitet der QR-Sperrwandler 100 zunächst in einem hohen Lastzustand, geht dann aber in einen Betrieb mit einem niedrigen Lastzustand über, wie im Folgenden deutlich wird. Dies zeigt sich darin, dass der Ausgangsstrom von einem hohen Stromniveau auf ein niedriges Stromniveau fällt. Mit anderen Worten, der QR-Sperrwandler muss auch in diesem Beispiel mit einer schnellen Lasttransiente fertig werden.
Der Übergang in den Niedriglastzustand betrifft vor allem den Ausgangsstrom, der sich auch auf die Ausgangsspannung auswirken kann.
Da die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite kontinuierlich den Pegel der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms erfasst, stellt er zum Zeitpunkt t1 auch einen fallenden Pegel des Ausgangsstroms fest. Dieser Zeitpunkt t1 ist im Übrigen nur einer von vielen Erfassungszeitpunkten, auf die sich die folgenden Ausführungen konzentrieren.
Dann stellt die Steuerschaltung 134 fest, dass die zum Zeitpunkt t1 ermittelte Änderung des Pegels des Ausgangsstroms einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Wie bereits erwähnt, kann der Schwellenwert in der Steuerschaltung 134 vorbestimmt werden, um eine Erhöhung und/oder eine Verringerung des Lastzustands feststellen zu können.
In Reaktion auf diese Feststellung sendet die Steuerschaltung 134 auf der Sekundärseite mindestens ein zweites Antwortsignal an die Steuerschaltung 132 auf der Primärseite. Für den verringerten Lastzustand sendet die Steuerschaltung 134 ein entsprechendes Signal mit der Bezeichnung FR_Tief an die Steuerschaltung 132. Dieses mindestens eine zweite Antwortsignal wird von der Steuerschaltung 134 über den Y-Kondensator 148 an die Steuerschaltung 132 übertragen.
Zum Zeitpunkt t2 empfängt die Steuerschaltung 132 das mindestens eine zweite Antwortsignal. In diesem Beispiel hat das zweite Antwortsignal die Form eines Impulses mit einem hohen Signalpegel, einer steilen Anstiegsflanke und einer steilen Abfallflanke. Dadurch kann der Zeitpunkt t2 von der Steuerschaltung 132 leicht erkannt werden. Es kann leicht von den Signaltransienten (Rauschen) des zweiten Antwortsignals vor und nach dem Zeitpunkt t2 unterschieden werden. Diese Signaltransienten stammen aus dem Dauerbetrieb des Schaltelements 126, beeinträchtigen jedoch nicht die Funktion des QR-Sperrwandlers 100.
Als Reaktion auf den Empfang des mindestens einen zweiten Antwortsignals zum Zeitpunkt t2 unterbricht die Steuerschaltung 132 ihre Verarbeitung, um die Ausschaltdauer für einen nachfolgenden Zyklus, d. h. die Dauer des Einschaltens der Eingangsspannung, auf eine andere vorkonfigurierte Zeitdauer einzustellen. Die vorkonfigurierte Zeitdauer ist unabhängig von der Ausschaltdauer des aktuellen Zyklus. Mit anderen Worten, selbst wenn die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer des aktuellen Zyklus in Inkrementen oder Dekrementen eines vorkonfigurierten Zeitintervalls steuert, z. B. 2*tV entsprechend dem ersten Antwortsignal, das vom Spannungsdetektor 124 übertragen wird, bestimmt sie die AUS-Dauer für den nachfolgenden Zyklus als einen vorkonfigurierten Wert.
In diesem speziellen Beispiel wird die AUS-Dauer von der Steuerschaltung 132 so eingestellt, dass sie dem Zeitpunkt des zwanzigsten der erkannten Nullspannungszustände (oder des zwanzigsten Tals) entspricht. Dies ist in der Figur während des nachfolgenden Zyklus zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 zu sehen. In diesem nachfolgenden Zyklus steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 tatsächlich so, dass es zu einem Zeitpunkt von AUS auf EIN schaltet, der dem zwanzigsten erfassten Zeitpunkt des zwanzigsten Nullspannungszustands (oder dem zwanzigsten Tal) entspricht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Spitzenstromsignal I_Spitze nur von der durch das Rückkopplungssignal verursachte Verschiebung beeinflusst. Diese Verschiebung ist bei hoher Last klein, so dass möglichst viel Energie übertragen werden kann. Nach dem Lastabwurf ändert sich das Rückkopplungssignal nur langsam und ohne die vorliegende Erfindung würde für viele Schaltzyklen zu viel Energie übertragen werden, bis der Spitzenstrom so weit reduziert ist, dass die Ausgangsspannung nicht mehr ansteigt. Erfindungsgemäß liefert das zweite Antwortsignal (FR_Tief) der Steuerschaltung 132 die Information, dass die Ausgangsleistung deutlich reduziert wurde und daher weniger Energie übertragen werden muss. Die Steuerschaltung 132 reagiert so schnell wie möglich, indem sie die Dauer der AUS-Zeit erhöht. So kann die übertragene Energie sofort reduziert werden, während die aufgeladene Energie gleichbleibt.
Dann steuert die Steuerschaltung 132 das Schaltelement 126 so, dass es zu einem Zeitpunkt von AUS auf EIN schaltet, der eine Variation der AUS-Dauer des vorherigen Zyklus ist. Die voreingestellte Zeitdauer wird erst im folgenden Zyklus wirksam.
Die Steuerschaltung 132 legt also den Zeitpunkt für das Einschalten synchron mit dem Zeitpunkt fest, zu dem im vorangegangenen Zyklus mindestens ein Nullspannungszustand festgestellt wurde. Insbesondere stellt die Steuerschaltung 132 die AUS-Dauer bis zum Einschalten ein, indem sie die AUS-Dauer des vorherigen Zyklus in Inkrementen oder Dekrementen des vorkonfigurierten Zeitintervalls 2*tV entsprechend dem ersten Antwortsignal des Spannungsdetektors 126 variiert.
Ferner steuert die Steuerschaltung 132 das Ausschalten der Eingangsspannung so, dass der Schalter 126 ausgeschaltet wird, wenn der in der Primärwicklung 112-1 fließende Strom den Spitzenstrompegel erreicht. Das Erreichen des Spitzenstrompegels ist die Ausschaltbedingung. Insbesondere ermöglicht, wie bereits erwähnt, der vorbestimmte Spitzenstrompegel zusammen mit dem erfassten Strom durch den Shunt-Widerstand 128, der durch das erste Antwortsignal verschoben wird, der Steuerschaltung 132 die Steuerung der EIN-Dauer des Schaltelements 126.
In diesem Beispiel erfasst die Steuerschaltung 132 einen Strom, der mit einer zunehmenden Verschiebung überlagert ist, der einem erhöhten ersten Antwortsignal entspricht. Der zunehmende Verschiebungspegel führt zu einer Erhöhung der Eingangsspannung an der Klemme I_Spitze der Steuerschaltung 132 und damit zu einer kürzeren EIN-Zeit des Schalters 126. Ein höherer Verschiebungswert bewirkt also eine niedrigere Spitzenspannung durch die Primärwicklung 112-1.
Beim Ausschalten zum Zeitpunkt t3 hört der durch die Primärwicklung 112-1 fließende Strom auf, und eine begrenzte Energiemenge wird an die Sekundärwicklung 112-2 der Transformatorschaltung 112 übertragen.
Darüber hinaus ist die Steuerschaltung 132 dazu übergegangen, den Schalter 126 nur zum zwanzigsten Tal einzuschalten, so dass ein erster bis zwanzigster Zeitpunkt eines Nullspannungszustands (oder ein erstes bis zwanzigstes Tal) von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 116-1 erfasst wird, bevor das Einschalten erfolgt.
Da, wie gesagt, die AUS-Dauer bis zum Wiedereinschalten der Eingangsspannung an der Primärwicklung 112-1 von der Steuerschaltung 132 im vorherigen Zyklus eingestellt wurde, ist sie bereits so konfiguriert, dass das Schaltelement 126 synchron, d. h. zum Zeitpunkt des zwanzigsten Nullspannungszustands (oder des zwanzigsten Tals), EIN schaltet.
Folglich steuert die Steuerschaltung 132 zum Zeitpunkt t4 den Zeitpunkt des Einschaltens der Eingangsspannung synchron mit dem Zeitpunkt des mindestens einen Nullspannungszustands (oder des Tals).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch den QR-Sperrwandler 100 aufgrund der kürzeren EIN-Dauer (verursacht durch das erste Antwortsignal) und der längeren AUS-Dauer (verursacht durch die Steuerschaltung 132) eine geringe Energiemenge vom Wechselstromeingang 102 zum Gleichstromausgang 104 übertragen wird. Somit ermöglicht die mindestens eine zweite Steuerschaltung dem QR-Sperrwandler 100, schnell auf Lasttransienten zu reagieren.
Nun zu einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines QR-Sperrwandlers:

Unter Bezugnahme auf 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform des quasiresonanten QR-Sperrwandlers 200 in Form einer schematischen Darstellung gezeigt.
Auch dieses schematische Diagramm zeigt die Funktionsschaltungen des QR-Sperrwandlers als abstrakte Blöcke mit dazwischenliegenden Verbindungen, es ist also kein Schaltplan.

Diese Darstellungsform wurde gewählt, um die Interaktion zwischen den Funktionskreisen besser sichtbar zu machen.
Der QR-Sperrwandler 200 der anderen beispielhaften Ausführungsform ist dem QR-Sperrwandler 100 sehr ähnlich, wobei aus Gründen der Kürze auf die Beschreibung der gleichen Funktionsschaltungen oder deren Zusammenschaltung verzichtet wurde. Darüber hinaus unterscheidet sich der QR-Sperrwandler 200 von dem QR-Sperrwandler 100 dadurch, dass die primärseitige Steuerschaltung 132 und die sekundärseitige Steuerschaltung 134 nicht nur das zweite Antwortsignal austauschen, sondern auch ein Datensignal einschließlich des erfassten Ausgangsspannungspegels und/oder des erfassten Ausgangsstrompegels, des Temperaturpegels einzelner sekundärseitiger Schaltungen, z. B. des Elektrolytkondensators 118, und oder Steuerinformationen wie die von der sekundärseitigen Steuerschaltung 134 zu verwendenden Schwellenpegel.
Zu diesem Zweck sind die Steuerschaltung 134 und die Steuerschaltung 132 gekoppelt, um eine Datenkommunikation, optional eine bidirektionale Datenkommunikation, zu ermöglichen. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann die bidirektionale Kommunikation über einen universellen asynchronen Empfängersender (UART) erfolgen, der sowohl in der Steuerschaltung 132 als auch in der Steuerschaltung 134 enthalten ist.
Genauer gesagt ist die Steuerschaltung 134 so konfiguriert, dass sie das Datensignal einschließlich des erfassten Ausgangsspannungspegels und/oder des erfassten Ausgangsstrompegels an die Steuerschaltung 132 auf der Primärseite überträgt. Mit anderen Worten, das zweite Antwortsignal ist ein Datensignal (kein Steuersignal), das als Daten mindestens den erfassten Ausgangsspannungspegel oder den erfassten Ausgangsstrompegel enthält. In dieser Hinsicht ist die Steuerschaltung 132 in der Lage, das Datensignal einschließlich des erfassten Ausgangsspannungspegels und/oder des erfassten Ausgangsstrompegels mit einer kurzen Übertragungsverzögerung zu empfangen, die wesentlich kürzer ist als die Zeitverzögerung im ersten Antwortsignal.
Insbesondere ist die Steuerschaltung 134 über einen Optokoppler 146 mit der Steuerschaltung 132 verbunden, die das Datensignal in einer Richtung und optional eine entsprechende Anforderung in der anderen Richtung weiterleitet. In einer alternativen Implementierung kann die Verbindung auch über separate Y-Kondensatoren für die Empfangs- und/oder Sendevorgänge oder auf andere Weise realisiert werden, solange die (galvanische) Isolationsgrenze eingehalten wird.
Mit dem Datensignal, das den detektierten Ausgangsspannungspegel und/oder den detektierten Ausgangsstrompegel enthält, wird die Steuerschaltung 132 in die Lage versetzt, die Ausschaltdauer für jeden Zyklus genauer einzustellen, da sie die genauen Pegel der Lasttransienten mit einer Reaktionszeit erhält, die nur von der Sendeverzögerung abhängt. Auch hier kann der Regelzyklus die Ausschaltdauer bis zum Einschalten der Eingangsspannung, unabhängig von der Ausschaltdauer des Zyklus, auf ein vorkonfiguriertes Zeitintervall einstellen, das mit dem empfangenen Datensignal übereinstimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0219802 A1 [0002]

Claims

Quasi-resonanter (QR) Sperrwandler (100) mit einem Wechselstromeingang (102) und einem Gleichstromausgang (104), umfassend: eine Transformatorschaltung (112) mit einer Primärwicklung (112-1), die so konfiguriert ist, dass sie eine Eingangsspannung von dem Wechselstromeingang (102) empfängt, einer Sekundärwicklung (112-2), die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsspannung an den Gleichstromausgang (104) liefert, und einer Hilfswicklung (112-3), die mit einer primärseitigen Nulldurchgangs-Detektionsschaltung (116-1) verbunden ist, um mindestens einen Nullspannungszustand in der Hilfswicklung (112-3) und dessen Zeitpunkt (t Tal - 6b) zu erfassen; und eine primärseitige Steuerschaltung (132), die so konfiguriert ist, dass sie ein Schaltelement (126) so steuert, dass das Schaltelement (126) in einem aktuellen Zyklus (t_Zyklus - 6b) die Eingangsspannung an der Primärwicklung (112-1) nacheinander EIN und AUS schaltet, wobei: - ein Zeitpunkt (t0) des Einschaltens der Eingangsspannung der Zeitpunkt ist, an dem die Energieübertragung in den Transformator für den aktuellen Zyklus (t_Zyklus - 6b) beginnt, - ein Zeitpunkt (t1 - 6b) für das Ausschalten der Eingangsspannung wird so eingestellt, dass ein in der Primärwicklung (112-1) fließender Strom einen Spitzenstrompegel nicht überschreitet, - ein Zeitpunkt (t5 - 6b) zum Wiedereinschalten der Eingangsspannung für den nächsten Zyklus (t_Zyklus +1 - 6b) synchron mit dem Zeitpunkt (t Tal - 6b) des erfassten mindestens einen Nullspannungszustands eingestellt wird, und wobei zusätzlich - die AUS-Dauer (t_AUS - 6b) bis zum erneuten Einschalten der Eingangsspannung durch Variieren der AUS-Dauer des Zyklus (t_Zyklus - 6b) in In-/Dekrementen eines vorkonfigurierten Zeitintervalls (2*tV - 6b) gemäß einem ersten Antwortsignal eingestellt wird, das von einem sekundärseitigen Spannungsdetektor (124) übertragen wird; ferner umfassend: eine sekundärseitige Steuerschaltung (134), die so konfiguriert ist, dass sie den Pegel der Ausgangsspannung und/oder den Pegel eines dem Gleichstromausgang (104) zugeführten Ausgangsstroms erfasst, und die so konfiguriert ist, dass sie mindestens ein zweites Antwortsignal an die primärseitige Steuerschaltung (132) überträgt, wenn die Änderung des erfassten Ausgangsspannungspegels und/oder des erfassten Ausgangsstrompegels einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und wobei für den Fall, dass die primärseitige Steuerschaltung (132) das mindestens eine zweite Antwortsignal von der sekundärseitigen Steuerschaltung (134) empfängt, diese so konfiguriert ist, dass sie für einen späteren Zyklus die AUS-Dauer (t_AUS - 4b) bis zum erneuten Einschalten der Eingangsspannung unabhängig von der AUS-Dauer des aktuellen Zyklus (t_Zyklus - 4b) auf eine vorkonfigurierte Zeitdauer (t4; t5 - 6b) in Übereinstimmung mit dem empfangenen mindestens einen zweiten Antwortsignal, einstellt.
QR-Sperrwandler nach Anspruch 1, ferner mit einer primärseitigen Gleichrichterschaltung (108), die zwischen den Wechselstromeingang (102) und die Primärwicklung (112-1) geschaltet ist, und einer weiteren sekundärseitigen Gleichrichterschaltung (114), die zwischen die Sekundärwicklung (112-2) und den Gleichstromausgang (104) geschaltet ist, und/oder einer Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC).
QR-Sperrwandler nach Anspruch 1 oder 2, der ferner einen primärseitigen Elektrolytkondensator (110), der zum Puffern der Eingangsspannung konfiguriert ist, und einen weiteren sekundärseitigen Elektrolytkondensator (118), der zum Puffern der Ausgangsspannung konfiguriert ist, umfasst.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine zweite Antwortsignal von der sekundärseitigen Steuerschaltung (134) über einen Optokoppler (146) oder einen Y-Kondensator (146; 248) an die primärseitige Steuerschaltung (132) übertragen wird.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die primärseitige Steuerschaltung (132) so konfiguriert ist, dass sie den Spitzenstrompegel für den nachfolgenden Zyklus (t_Zyklus +1 - 4b) in Übereinstimmung mit dem Pegel der vom Wechselstromeingang (102) des aktuellen Zyklus (t_Zyklus - 4b) empfangenen Eingangsspannung bestimmt.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die primärseitige Steuerschaltung (132) so konfiguriert ist, dass sie in einem Zyklus den Zeitpunkt (t5) für das synchrone Einschalten der Eingangsspannung so einstellt, dass er entspricht: dem Zeitpunkt (t_Tal - 4b) einer der mindestens einen im aktuellen Zyklus (t_Zyklus - 4b) von der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung (116-1) erfassten Nullspannungszustände.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: das vorkonfigurierte Zeitintervall (2*tV - 4b) in der primärseitigen Steuerschaltung (132) entsprechend einer Differenz der Zeitpunkte (t Tal - 4b) zwischen zwei nachfolgend detektierten Nullspannungszuständen konfiguriert ist, und/oder die vorkonfigurierte Zeitdauer (t4; t5 - 4b) in der primärseitigen Steuerschaltung (132) entsprechend dem relativen Zeitpunkt (t Tal - 4b) einer vorgegebenen des mindestens einen detektierten Nullspannungszuständen konfiguriert wird.
QR-Sperrwandler nach Anspruch 7, wobei die vorkonfigurierte Zeitdauer in der primärseitigen Steuerschaltung (132) entsprechend einem Pegel der Eingangsspannung vom Wechselstromeingang (102) konfiguriert wird.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die primärseitige Steuerschaltung (132) und optional die sekundärseitige Steuerschaltung (134) ein Mikrocontroller ist.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die primärseitige Steuerschaltung (132) so konfiguriert ist, dass sie im Falle des Empfangs des mindestens einen zweiten Antwortsignals den Regelvorgang zur Einstellung der AUS-Dauer für einen nachfolgenden Zyklus unterbricht.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die primärseitige Steuerschaltung (132) derart ausgestaltet ist, dass, - im Falle des Empfangs eines ersten des mindestens einen zweiten Antwortsignals die AUS-Dauer des nachfolgenden Zyklus entsprechend einem ersten vorkonfigurierten Zeitintervall eingestellt wird, und - im Falle des Empfangs eines zweiten des mindestens einen zweiten Antwortsignals die AUS-Dauer des nachfolgenden Zyklus auf ein zweites vorkonfiguriertes Zeitintervall eingestellt wird, wobei das erste vorkonfigurierte Zeitintervall kürzer ist als das zweite vorkonfigurierte Zeitintervall.
QR-Sperrwandler nach Anspruch 11, wobei die erste vorkonfigurierte Zeitdauer (t4; t5) in der primärseitigen Steuerschaltung (132) entsprechend dem relativen Timing (t Tal - 4b) eines ersten oder zweiten der mindestens einen detektierten Nullspannungszustände innerhalb des vorherigen Zyklus konfiguriert ist; und die zweite vorkonfigurierte Zeitdauer (t4; t5 - 4b) in der primärseitigen Steuerschaltung (132) entsprechend dem relativen Zeitpunkt (t Tal - 4b) eines zwanzigsten oder dreißigsten der mindestens einen erfassten Nullspannungszustände innerhalb des vorhergehenden Zyklus konfiguriert ist.
QR-Sperrwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die sekundärseitige Steuerschaltung (134) ferner so konfiguriert ist, dass sie ein Datensignal an die primärseitige Steuerschaltung (132) übermittelt.
QR-Sperrwandler nach Anspruch 13, wobei die Daten von der sekundärseitigen Steuerschaltung (134) über einen Optokoppler (250) oder einen Y-Kondensator an die primärseitige Steuerschaltung (132) übertragen werden.
QR-Sperrwandler nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Datensignal den Pegel der Ausgangsspannung und den Pegel eines Ausgangsstroms umfasst, die von der sekundärseitigen Steuerschaltung (134) erfasst werden.