DE10212605A1

DE10212605A1 - Verfahren und Vorrichtung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements

Info

Publication number: DE10212605A1
Application number: DE2002112605
Authority: DE
Inventors: Xiaowu Gong; Martin Feldtkeller; Marc Fahlenkamp
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: DE10212605B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ansteuerschaltung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelementes nach Maßgabe eines Oszillatorsignals, wobei die Frequenz (fos) des Oszillators (OS) zufällig oder pseudozufällig zwischen einer Anzahl von Frequenzwerten variiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements.

Es sind eine Vielzahl von Anwendungen bekannt, bei denen die Leistungsaufnahme einer Last durch die getaktete Ansteuerung eines in Reihe zu der Last geschalteten Schaltelements geregelt wird. Das Schaltelement wird dabei im Takt eines Oszillatorsignals eingeschaltet, wobei die Dauer, für die das Schaltelement jeweils leitend bleibt von der gewünschten oder erforderlichen Leistungsaufnahme der Last abhängig ist. Beispiele für derartige Anwendungen einer getakteten Ansteuerung eines Schalters sind Schaltwandler, bei denen das Schaltelement üblicherweise in Reihe zu einer Primärwicklung eines Übertragers geschaltet ist, Power-Factor-Controller, Motoren usw.

Die getaktete Ansteuerung des Schaltelements bringt nachteiligerweise die Erzeugung einer elektromagnetischer Störstrahlung mit sich, die durch das An- und Abschalten des Stromes in den Zuleitungen des Schaltelements entstehen. Die Frequenzen dieser Störstrahlung liegen im Bereich der Frequenz des Oszillatorsignals, in dessen Takt der Schalter angesteuert wird, und ganzzahliger Vielfacher davon, wobei der Großteil der Störleistung mit der Oszillatorfrequenz bzw. kleiner ganzzahliger Vielfacher davon abgestrahlt wird.

Um diese abgestrahlte Störleistung über einen größeren Frequenzbereich zu streuen und damit den negativen Einfluss auf ein Nutzsignal einer bestimmten Bandbreite zu reduzieren, ist es aus der US 5,739,658 bekannt, das Oszillatorsignal einer Frequenzmodulation mit einer niederfrequenten Modulationsfrequenz zu unterwerfen, wobei beispielsweise bei einem Oszillatorsignal der Frequenz 100 kHz ein sinusförmiges Modulationssignal mit einer Frequenz von 250 Hz und ein Modulationshub von 5 kHz verwendet wird.

Betrachtet man allerdings den Zweck dieser Frequenzmodulation, nämlich den Radioempfang oder andere Funkdienste nicht zu stören, so zeigt sich, dass die Frequenzmodulation mit einem niederfrequenten Modulationssignal sogar nachteilig sein kann und insbesondere den Radioempfang im Lang- und Mittelwellenbereich negativ beeinflusst. Denn, ein mit einem niederfrequenten periodischen Signal modulierter Träger hat in jedem Fall ein hörbares Störsignal zur Folge, wenn sich der Träger einem Rundfunksignal überlagert.

Aus dem Datenblatt PUCC3801 Rev. 01-10 September 2001 der Philips Electonics N. V. ist ein Pulsweitenmodulator zur Ansteuerung eines Schalters bekannt, der einen Oszillator aufweist, dessen Oszillationsfrequenz angesteuert durch eine binäre pseudo-zufällige Sequenz der Länge 15 zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzen wechselt.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Ansteuerschaltung zur getakteten Ansteuerung eines Schalters zur Verfügung zu stellen, wobei die oben genannten Probleme im Zusammenhang mit einer an die Umgebung abgegebenen Störstrahlung beseitigt oder zumindest gemindert sind.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 und durch eine Ansteuerschaltung gemäß der Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements nach Maßgabe eines Oszillatorsignals ist vorgesehen, ein Oszillatorsignal zu verwenden, dessen Frequenz zufällig oder pseudo-zufällig zwischen einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen variiert.

Vorzugsweise entspricht die Häufigkeitsverteilung der Frequenzen, die das Oszillatorsignal annimmt, bzw. die spektrale Verteilung des Oszillatorsignals einem gefärbten Rauschen, um die Leistungsaufnahme einer durch den Schalter angesteuerten Last nicht zu stören. Bevorzugt ist hierbei eine Häufigkeitsverteilung, die einem rosa oder braunen Rauschen entspricht, das heißt, die einzelnen Frequenzen, die das Oszillatorsignal annimmt, folgen entsprechend einem rosa oder braunen Rauschen aufeinander.

Ein Oszillatorsignal mit zufällig oder pseudoäzufällig variierender Frequenz wird beispielsweise dadurch erhalten, indem ein Oszillatorsignal einer vorgegebenen Oszillationsfrequenz mit einem Rauschsignal einer geringeren Frequenz als der Oszillatorfrequenz moduliert wird. Kommt es bei der Ansteuerung eines Schaltelements mit einem derartigen Oszillatorsignal, das mit einem Rauschsignal moduliert ist, zu einer elektromagnetischen Störabstrahlung, so resultiert aus diesem Signal im Radioempfänger ein Rauschsignal, das sich von dem ohnehin vorhandenen Hintergrundrauschen kaum unterscheidet und daher nicht auffällt.

Für eine Häufigkeitsverteilung der angenommenen Frequenzen bzw. eine spektrale Verteilung des Oszillatorsignals, die einem gefärbten Rauschen entspricht, ist das zur Modulation verwendete Rauschsignal kein weißes sondern ein gefärbtes Rauschsignal, beispielsweise ein rosa oder braunes Rauschsignal, dessen Amplitudendichte umgekehrt proportional zu der Frequenz oder umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel aus der Frequenz abfällt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Frequenz des Oszillatorsignals annähernd stetig bzw. innerhalb kurzer Zeitdauern nur wenig ändert. Dies ist erforderlich, um die Leistungsaufnahme der Last trotz schwankender Taktfrequenz noch regeln zu können.

Zur Erzeugung des Rauschsignals kann eine beliebige Rauschquelle dienen, die bereits ein Rauschsignal der gewünschten spektralen Verteilung liefert oder der ein Filter zur Erzeugung des Rauschsignals der gewünschten spektralen Verteilung nachgeschaltet ist. Als Rauschquelle zur Erzeugung eines weißen Rauschsignals, das mittels eines Filters "gefärbt" wird, kann eine Z-Diode oder eine Verstärkerschaltung in MOS- Technologie dienen. Weiterhin kann zur Erzeugung eines pseudo-zufälligen Rauschsignals ein rückgekoppeltes Schieberegister verwendet werden, dessen Ausgänge addiert werden.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements stellt ein von einem Oszillatorsignal abhängiges Ansteuersignal bereit und weist eine Oszillatoranordnung zur Erzeugung des Oszillatorsignals auf. Dabei umfasst die Oszillatoranordnung einen Oszillator mit einer Eingangsklemme, an der ein Eingangssignal anliegt, und einer Ausgangsklemme, an der das Oszillatorsignal anliegt, dessen Frequenz von dem Eingangssignal abhängig ist, und einen Zufallssignalgenerator mit einer Ausgangsklemme, an der ein Zufallssignal mit einer zufälligen oder pseudo-zufälligen Amplitude anliegt und die an die Eingangsklemme des Oszillators gekoppelt ist.

Der Zufallssignalgenerator stellt vorzugsweise ein farbiges Rauschsignal, insbesondere ein "rosa Rauschsignal" oder ein "braunes Rauschsignal" als Zufallssignal bereit, wobei der Zufallsgenerator eine Rauschquelle, die ein Rauschsignal der gewünschten spektralen Verteilung liefert, oder eine Rauschquelle und ein Filter umfasst, wobei das Filter zur Filterung eines Rauschsignals in ein Rauschsignal der gewünschten spektralen Verteilung dient.

Die Rauschquelle ist bei einer Ausführungsform der Erfindung als rückgekoppeltes Schiebregister ausgebildet, dessen Aufbau und Funktionsweise hinlänglich bekannt ist, und das an seinen Ausgängen ein binäres pseudo-zufälliges Signal bereitstellt.

Als Oszillator kommt erfindungsgemäß ein spannungsgesteuerter Oszillator oder ein stromgesteuerter Oszillator in Betracht, wobei letzterer insbesondere als rückgekoppelte Anordnung einer Anzahl IIL-Glieder (IIL = Integrated Injection Logic) ausgebildet ist. Das dem Oszillator zugeführte Zufallssignal ist in entsprechender Weise dann ein Spannungssignal mit einem zufällig oder pseudo-zufällig variierenden Spannungswert oder ein Stromsignal mit einer zufällig oder pseudo-zufällig variierenden Stromstärke.

Eine Wandlereinheit zur Umsetzung eines von einem rückgekoppelten Schieberegister gelieferten pseudo-zufälligen Binärsignals in ein Stromsignal zur Ansteuerung eines stromgesteuerten Oszillators umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anzahl Stromquellen, die durch Ausgangssignale an den Ausgängen des Schieberegisters angesteuert sind und deren Ströme addiert werden.

Ein rückgekoppeltes Schieberegister ändert bekanntlich mit jeder Taktperiode eines an einem Eingang anliegenden Taktsignals seinen Ausgangswert. Dieses Taktsignal ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein durch einen Taktgenerator erzeugtes Taktsignal mit einer wenigstens annäherungsweise konstanten Frequenz und bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung das Oszillatorsignal der Oszillatoranordnung, das zurückgekoppelt wird.

Der Oszillatoranordnung ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Pulsweitenmodulator nachgeschaltet, der Ansteuerimpulse für das Schaltelement nach Maßgabe des Oszillatorsignals bereitstellt. Die Dauer der im Takt des Oszillatorsignals erzeugten Ansteuerimpulse ist dabei insbesondere von einem Regelsignal abhängig, das je nach Einsatzzweck der Ansteuerschaltung unterschiedlich erzeugt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung mit einer Oszillatoranordnung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Zufallssignalgeneratoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Detaildarstellung eines rückgekoppelten Schieberegisters als Zufallsgenerator,
Fig. 4 eine Detaildarstellung eines weiteren rückgekoppelten Schieberegisters als Zufallsgenerator,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Oszillatoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem stromgesteuerten Oszillator,
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Wandlereinheit zur Wandlung eines binären Zufallssignals in ein Stromsignal,
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines stromgesteuerten Oszillators mit einer Kettenanordnung von IIL- Gliedern,
Fig. 8 eine Darstellung des internen Aufbaus eines IIL- Glieds (Fig. 8a) und von dessen Schaltsymbol ( Fig. 8b),
Fig. 9 einen beispielhaften Verlauf der Frequenz eines mittels der erfindungsgemäßen Oszillatoranordnung erzeugten Oszillatorsignals über der Zeit,
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Schaltwandlers als Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements S. das zu Zwecken der Veranschaulichung gestrichelt eingezeichnet und in Reihe zu einer Last geschaltet ist. Die Last kann beispielsweise ein Motor, eine Primärspule eines Transformators in einem Schaltwandler oder dergleichen sein.
Ein Ansteuersignal CS für den Schalter S wird in dem Beispiel durch einen Pulsweitenmodulator nach Maßgabe eines Oszillatorsignals OS bereitgestellt, wobei das Oszillatorsignal die Zeitpunkte vorgibt, zu denen das Schaltelement S seinen Schaltzustand ändert, das heißt beispielsweise leitend angesteuert wird. Die Zeitdauern, für welche das Schaltelement leitend bleibt, um eine Stromaufnahme der Last zu ermöglichen, ist von einem lastabhängigen Regelsignal FS abhängig, wobei über diese Zeitdauern die Leistungsaufnahme der Last geregelt wird.
Die Oszillatoranordnung OA umfasst einen Oszillator OSC, der das Oszillatorsignal OS an seinem Ausgang bereitstellt und einen Zufallssignalgenerator RSG, der ein Zufallssignal RS mit einer zufälligen oder pseudo-zufälligen Amplitude erzeugt, das einem Eingang des Oszillators OSC zugeführt ist. Die Frequenz des durch den Oszillator OSC erzeugten Oszillatorsignals OS ist dabei von der Amplitude des Zufallssignals RS abhängig.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Oszillatoranordnung mit einem Zufallssignalgenerator RSG1 und einem Oszillator OSC1, wobei dem Oszillator OSC1 zur Erzeugung des Oszillatorsignals OS ein Zufallssignal RS1 mit einer zufälligen oder pseudo-zufälligen Amplitude zugeführt ist.
Der Oszillator OSC1 ist in dem Ausführungsbeispiel als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildet, der ein Oszillationssignal mit einer Grundfrequenz erzeugt, wenn kein Spannungssignal an seinem Eingang anliegt, und der bei Anliegen einer Spannung an seinem Eingang ein Oszillationssignal erzeugt, dessen Frequenz abhängig von der Amplitude des Spannungssignals RS1 von der Grundfrequenz abweicht.
Der Zufallssignalgenerator RSG1 umfasst ein rückgekoppeltes Schieberegister SR mit einem Takteingang CLKin, dem ein Taktsignal CLK von einem Taktgenerator CG zugeführt ist, und eine Anzahl von Ausgängen Q1, Q2, Qm, Qn. Der interne Aufbau von zwei derartigen rückgekoppelten Schieberegistern mit jeweils sechs Ausgängen ist beispielhaft in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Jedes der Schieberegister SR weist eine Anzahl D- Flip-Flops D1-D7 auf, wobei ein Flip-Flop mehr vorhanden ist als Ausgänge vorhanden sind. Die Flip-Flops D1-D7 sind in einer Kaskade hintereinander geschaltet, wobei jeweils der Eingang D eines Flip-Flops jeweils an den Ausgang Q des in der Kaskade vorherigen Flip-Flops angeschlossen ist. Der Ausgang Q des letzten Flip-Flops D7 in der Kaskade bildet dabei den Ausgang Q6 der Schieberegister-Anordnung, die Ausgänge der diesem Flip-Flop D7 vorgeschalteten Flip-Flops D2-D6 bilden jeweils weitere Ausgänge Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 der Schieberegister-Anordnung. Das Eingangssignal des ersten Flip-Flops D1 resultiert aus einer Verknüpfung von zwei oder mehr Ausgangssignalen der anderen Flip-Flops, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Ausgänge der Flip-Flops D5 und D6 mittels eines Exklusiv-ODER-Gatters XOR1 verknüpft und dem Eingang D des ersten Flip-Flops D1 zugeführt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 werden die Ausgangssignale der Flip-Flops D3, D4, D5 und D7 mittels dreier Exklusiv-ODER-Gatter XOR2, XOR3, XOR4 miteinander verknüpft und dem Eingang D des ersten Flip-Flops D1 zugeführt.
Die binären Werte an den Ausgängen Q1-Q6 (Fig. 3 und 4) bzw. Q1, Q2, Qn, Qm (Fig. 2) bilden zusammen ein binäres Wort, dessen Wert sich mit jeder Taktperiode des Taktsignals CLK ändert. Die zeitliche Abfolge der binären Worte ist bekanntermaßen pseudo-zufällig, wobei die Periode, mit der sich die binären Worte wiederholen von der Anzahl der verwendeten D-Flip-Flops abhängig ist und mit der Anzahl der verwendeten Flip-Flops zunimmt.
Dem rückgekoppelten Schieberegister SR gemäß Fig. 2 ist eine Wandlereinheit CON1 nachgeschaltet, die aus dem an den Ausgängen Q1, Q2, Qm, Qn des Schieberegisters SR anliegenden binären Wort das Zufallssignal RS1 generiert. Dazu weist die Wandlereinheit CON1 Gewichtungselemente auf, die die an den Ausgängen Q1, Q2, Qm, Qn anliegenden Ausgangssignale mit Gewichtungsfaktoren k1, k2, km, kn multiplizieren, wobei den Gewichtungselementen ein Summierglied SUM nachgeschaltet ist, welches die Ausgangssignale der Gewichtungsglieder miteinander addiert, um das Zufallssignal RS1 zu bilden. Die Amplitude dieses Zufallssignals RS1 ändert sich pseudo-zufällig mit dem an den Ausgängen Q1, Q2, Qm, Qn des Schieberegisters SR anliegenden binären Wort, wobei der Minimalwert dieses Zufallssignals RS1 Null ist, wenn an allen Ausgängen des Schieberegisters SR eine logische Null anliegt, und wobei das Zufallssignal RS1 seinen Maximalwert annimmt, welcher aus der Summe aller Gewichtungsfaktoren k1, k2, km, kn resultiert, wenn an allen Ausgängen des Schieberegisters SR eine logische Eins anliegt.
Bei n Ausgängen des Schieberegisters sind 2ⁿ unterschiedliche Frequenzen einstellbar, zwischen denen die Freuenz des Oszillators OSC1 zufällig oder pseudo-zufällig variiert.
Die Wandlereinheit CON1 mit den Gewichtungsgliedern und dem Summierglied SUM ist beispielsweise als Widerstandsnetzwerk realisierbar.
Die Gewichtungsfaktoren k1, k2, km, kn sind vorzugsweise so gewählt, dass die Amplitude des Zufallssignals RS1 einer Verteilung unterliegt, die einer gewünschten spektralen Verteilung der Frequenz des Oszillatorsignals AS entspricht. Die Koeffizienten k1-kn können beispielsweise dadurch gewonnen werden, dass die gewünschte Häufigkeitsverteilung der Amplitude des Zufallssignals RS1, mit welchem das Oszillatorsignal OS moduliert ist, mit zufälligen Phasen versehen und eine inverse Fourier-Transformation durchgeführt wird, wobei die Fourier-Transformation als Ergebnis die Gewichtungsfaktoren k1-kn liefert.
Die Gewichtungsfaktoren k1-kn sind vorzugsweise so gewählt, dass die Amplitudenverteilung des Zufallssignals RS1 einem gefärbten Rauschen, insbesondere einem rosa Rauschen oder einem braunen Rauschen entspricht. Betrachtet man die zeitliche Abfolge der Summe der jeweils pro Taktperiode an den Ausgängen Q1-Qn des Schieberegisters SR anliegenden Signalen, so entspricht dies einem weißen Rauschen, welches durch die einem Filter entsprechende Wandlereinheit CON1 gefärbt wird.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Oszillatoranordnung, welche ein Oszillatorsignal OS bereitstellt. Ein Oszillator OSC2 ist in dem Ausführungsbeispiel als stromgesteuerter Oszillator ausgebildet, dem an einem Eingang ein pseudo-zufälliges Stromsignal Iosc zugeführt ist. Das Stromsignal Iosc resultiert in dem Ausführungsbeispiel aus der Summe eines wenigstens annäherungsweise konstanten Stromsignals I1 und eines von einem Zufallssignalgenerator RSG2 bereitgestellten pseudo-zufälligen Signal RS2.
Der Oszillator OSC2 stellt ein Oszillatorsignal OS zur Verfügung, dessen Frequenz von dem Stromsignal Iosc abhängig ist, wobei das Stromsignal I1 die Grundfrequenz des Oszillatorssignals OS und das Signal RS2 die pseudo-zufälligen Frequenzschwankungen dieses Oszillatorsignals OS bestimmt.
Der Zufallssignalgenerator RSG2 umfasst ein rückgekoppeltes Schieberegister SR, das beispielsweise entsprechend der Schieberegister in den Fig. 3 und 4 ausgebildet sein kann, und eine dem Schieberegister nachgeschaltete Spannungs-Strom- Wandlereinheit CON2, die an Ausgänge Q1-Qn des Schieberegisters SR angeschlossen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Wandlereinheit CON2, das ein Stromsignal RS2 mit pseudo-zufälliger Amplitude bereitstellt, ist beispielhaft in Fig. 6 dargestellt. Die Wandlereinheit CON2 umfasst eine der Anzahl der Ausgänge Q1-Qn des Schieberegisters SR entsprechende Anzahl Stromquellen Iq1-Iq6, die parallel geschaltet sind und die jeweils einen in Reihe geschalteten Schalter S1-S6 aufweisen, wobei die Schalter S1-S6 durch die Ausgangssignale des rückgekoppelten Schieberegisters SR angesteuert, d. h. geöffnet oder geschlossen werden. Jedem Schalter S1-S6 ist dabei ein Ausgang des Schieberegisters SR zugeordnet. Weiterhin unterscheiden sich die von den Stromquellen Iq1-Iq6 gelieferten Ströme dadurch, dass die von den Stromquellen Iq2-Iq6 gelieferten Ströme jeweils das 2^k- fache des Stromes der ersten Stromquelle Iq1 betragen, wobei k zwischen 1 und 5 variiert. Mit der dargestellten Wandlereinheit CON2 lassen sich Stromsignale RS2 erzeugen, deren Amplitude zwischen 0 und (2⁷- 1) I1 variiert, wobei I1 der von der ersten Stromquelle Iq1 gelieferte Strom ist. Die dargestellte Anordnung liefert 2⁷ unterschiedliche Ströme, so dass das Oszillatorsignal 2 ⁷ unterschiedliche Frequenzen annehmen kann.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des stromgesteuerten Oszillators OSC2 gemäß Fig. 5. Dieser Oszillator OSC2 weist eine Kettenschaltung mit IIL-Gliedern G1-G9 auf, wobei der interne Aufbau eines jeden der IIL-Glieder in Fig. 8 dargestellt ist. Jedes dieser Bauelemente umfasst einen npn- Bipolartransistor NPN, dessen Basisanschluss B an einen Eingangsanschluss IN angeschlossen ist und dessen Kollektor- Anschluss K den Ausgangsanschluss OUT bildet. Der Emitter- Anschluss E des npn-Bipolartransistors ist an die Basis B eines pnp-Bipolartransistors PNP angeschlossen, wobei der Kollektor dieses Bipolartransistors PNP an den Eingangsanschluss IN bzw. die Basis B des npn-Bipolartransistors NPN angeschlossen ist. Der Emitter-Anschluss E des pnp-Bipolartransistors bildet einen Injektionsanschluss IJ. Fig. 8b zeigt das Strukturschaltbild einer Anordnung gemäß Fig. 8a.
Zur Realisierung des stromgesteuerten Oszillators OSC2 sind eine Anzahl derartiger IIL-Glieder hintereinander geschaltet, wobei der Ausgang eines IIL-Gliedes jeweils an den Eingang eines benachbarten IIL-Gliedes angeschlossen ist. Der Ausgang des IIL-Gliedes G9, an dem das Oszillatorsignal OS anliegt, ist an den Eingang des ersten IIL-Gliedes G1 der Reihe angeschlossen. Den Injektionsanschlüssen IJ der IIL-Glieder ist jeweils das Stromsignal Iosc zugeführt, dessen Amplitude pseudo-zufällig variiert. Jedes der IIL-Glieder funktioniert als Invertierer, der das an seinem Eingang liegende Signal invertiert als Ausgangssignal weitergibt. Die Gatterlaufzeiten, d. h. die Zeitdauern, die vergehen, bis eine Signaländerung am Eingang IN in eine Signaländerung am Ausgang OUT umgesetzt ist, ist dabei von der Stromstärke des am Injektionseingang IJ anliegenden Stromes abhängig. Die ungerade Anzahl der IIL-Glieder mit jeweils invertierender Wirkung sorgt dafür, dass das Oszillatorsignal OS im zeitlichen Wechsel einen High-Pegel oder einen Low-Pegel annimmt. Die Zeitdauer, die zwischen einem Wechsel von einem High-Pegel zu einem Low- Pegel und umgekehrt vergeht, ist dabei von der Summe der Gatterlaufzeiten der IIL-Glieder G1-G9 abhängig, die wiederum durch das pseudo-zufällige Signal Iosc einstellbar ist. Die Frequenz des Oszillatorsignals OS schwankt damit pseudo- zufällig abhängig von dem Signal Iosc.
Fig. 9 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Frequenz fos des Oszillatorsignals OS über der Zeit bei einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung gemäß Fig. 5. Fig. 10 veranschaulicht ein mögliches Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung mit einer Oszillatoranordnung OA und einem Pulsweitenmodulator PWM in einem Schaltwandler. Die Ansteuerschaltung dient zur Ansteuerung eines Leistungstransistors S. der in Reihe zu der Primärspule Lp eines Transformators TR geschaltet ist, wobei die Primärspule Lp induktiv mit einer Sekundärspule Ls gekoppelt ist, der eine Gleichrichteranordnung Ds, Cs nachgeschaltet ist, die zur Versorgung einer nicht näher dargestellten Last mit einer Ausgangsspannung Uout dient. Der als Schaltelement dienende Transistor S wird nach Maßgabe des Oszillatorsignals OS leitend angesteuert, wobei die Dauer, für welche der Transistor S jeweils leitend angesteuert ist, von der Ausgangsspannung Uout abhängig ist, um die Leistungsaufnahme des Schaltwandlers derart zu regeln, das die Ausgangsspannung Uout lastunabhängig annäherungsweise konstant ist.
Während des Ein- und Ausschaltens des Transistors S wird eine elektromagnetische Störstrahlung erzeugt, deren Frequenz von der Oszillatorfrequenz OS abhängig ist. Da diese Oszillatorfrequenz OS erfindungsgemäß zufällig oder pseudo-zufällig innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches variiert, ist die abgegebene Störleistung über ein vorgegebenes Frequenzband verteilt, wodurch das Störsignal innerhalb dieses Frequenzbandes einem Rauschsignal gleicht bzw. von einem Rauschsignal kaum zu unterscheiden ist und daher insbesondere bei Funkübertragungen weniger störend in Erscheinung tritt. Bezugszeichenliste XOR1, XOR2 Exklusiv-ODER-Gatter
XOR3, XOR4 Exklusiv-ODER-Gatter
CG Taktgenerator
CLK Taktsignal
CLKin Takteingang
CON1 Wandlereinheit
CON2 Wandlereinheit
CS Ansteuersignal
Cs Kondensator
D1, . . ., D7 D-Flip-Flop
D5 Diode
FS Regelsignal
G1, . . ., G9 IIl-Gatter
I1 Strom
IJ Injektionseingang
IN Eingang
Iosc pseudo-zufälliges Stromsignal
iQ1-iQ6 Stromquellen
k1, k2, km, kn Gewichtungsfaktoren
Lp Primärspule
Ls Sekundärspule
NPN npn-Bipolartransistor
OA Oszillatoranordnung
OS Oszillatorsignal
OSC Oszillator
OSC1 Oszillator
OSC2 Oszillator
OUT Ausgang
PNP pnp-Bipolartransistor
PWM Pulsweitenmodulator
Q1, Q2, Qm, Qn Ausgänge des rückgekoppelten Schieberegisters
RS Zufallssignal
RS1 Zufallssignal
RS2 Stromsignal
RSG Zufallssignalgenerator
RSG1 Zufallssignalgenerator
RSG2 Zufallssignalgenerator
S Schaltelemente
S1-S6 Schalter
SR rückgekoppeltes Schieberegister
SUM Summierglied
TR Transformator
Uout Ausgangsspannung

Claims

1. Verfahren zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements (S) nach Maßgabe eines Oszillatorsignals (OS), dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (fos) des Oszillatorsignals (OS) zufällig oder pseudo-zufällig zwischen einer Vielzahl von Frequenzwerten annimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Frequenz (fos) des Oszillatorsignals (OS) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches zufällig oder pseudo-zufällig variiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die einzelnen Frequenzen, die das Oszillatorsignal annimmt, entsprechend einem einem gefärbten Rauschen aufeinanderfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die einzelnen Frequenzen, die das Oszillatorsignal annimmt, entsprechend einem rosa oder braunen Rauschen aufeinanderfolgen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Schaltelement (S) ein Leistungstransistor, insbesondere ein MOSFET oder ein IGBT ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Schaltelement (S) in Reihe zu einer Last geschaltet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Last ein Motor ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Last eine induktive Energiespeicheranordnung (Lp) in einem Schaltwandler ist.

9. Ansteuerschaltung zur getakteten Ansteuerung eines Schaltelements (S), die ein von einem Oszillatorsignal (OS) abhängiges Ansteuersignal (CS) bereitstellt, und die eine Oszillatoranordnung (OA) zur Erzeugung des Oszillatorsignals (OS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoranordnung (OA) folgende Merkmale aufweist:

- einen Oszillator (OSC) mit einer Eingangsklemme, an der ein Eingangssignal (RS, RS1, Iosc) anliegt, und einer Ausgangsklemme, an der das Oszillatorsignal (OS) anliegt, dessen Frequenz von dem Eingangssignal (RS, RS1, Iosc) abhängig ist,

- einen Zufallssignalgenerator (RSG) mit einer Ausgangsklemme, an der ein Zufallssignal (RSG, RSG1, RSG2) anliegt, dessen Amplitude zufällig oder pseudo-zufällig einen einer Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenwerten annimmt, und die an die Eingangsklemme des Oszillators (OSC, OSC1, OSC2) gekoppelt ist.

10. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, bei der der Zufallssignalgenerator (RSG) ein farbiges Rauschsignal als Zufallssignal bereitstellt.

11. Ansteuerschaltung nach Anspruch 10, bei der der Zufallssignalgenerator eine Rauschquelle und ein Filter aufweist.

12. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, bei der der Zufallssignalgenerator (RSG1, RSG2) ein rückgekoppeltes Schieberegister (SR) mit einem Takteingang und mehreren Ausgängen und eine den Ausgängen nachgeschaltete Wandlereinheit (CON1, CON2), die das Zufallssignal bereitstellt, aufweist.

13. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, bei der der Oszillator (OSC2) ein stromgesteuerter Oszillator und das Zufallssignal (RS2) ein Stromsignal (Iosc) mit einer zufälligen oder pseudozufälligen Amplitude ist.

14. Ansteuerschaltung nach Anspruch 12 und 13, bei der die Wandlereinheit (CON2) als digitale Daten-zu-Strom- Wandlereinheit ausgebildet ist, die eine Anzahl Stromquellen (Iq1-Iq6) aufweist, die durch Ausgangssignale an den Ausgängen des Schieberegisters (SR) angesteuert sind und deren Ströme addiert werden.

15. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, bei der der Oszillator ein spannungsgesteuerter Oszillator (OSC1) und das Zufallssignal (RS1) ein Spannungssignal mit einer zufälligen oder pseudo-zufälligen Amplitude ist.

16. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der dem rückgekoppelten Schieberegister (SR) ein Oszillatorsignal mit einer wenigstens annäherungsweise konstanten Frequenz an seinem Takteingang zugeführt ist.

17. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der dem rückgekoppelten Schieberegister (SR) das Ausgangssignal des Oszillators (OSC2) an seinem Takteingang zugeführt ist.

18. Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Oszillatoranordnung (OSC) ein Pulsweitenmodulator (PWM) nachgeschaltet ist, der das Ansteuersignal (CS) bereitstellt.