LU102123B1 - Boost converter circuitry, power supply and method for stepping up an input voltage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein/eine Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung (100) für die Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers, umfassend - eine Zweischalter-Hochsetzstellerschaltung (120), und - eine Steuereinheit (130) zur Ansteuerung der beiden Halbleiterschalter (S1, S2) für den Betrieb der Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung (100) in einem boundary conduction mode. Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit (130) eingerichtet den ersten Halbleiterschalter (S1) und/oder den zweiten Halbleiterschalter (S2) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Referenzwert (Umain) zu schalten und den vorbestimmten Referenzwert (Umain) in Abhängigkeit von zumindest einer betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße (Pb) zu einem neuen Referenzwert (U) für die Schaltung des ersten Halbleiterschalters (S1) und/oder des zweiten Halbleiterschalters (S2) zu adaptieren.The invention relates to a step-up converter circuit arrangement (100) for the power supply of an electrical consumer, comprising - a two-switch step-up converter circuit (120), and - a control unit (130) for controlling the two semiconductor switches (S1, S2) for operating the Boost converter circuitry (100) in a boundary conduction mode. According to the invention, the control unit (130) is set up to switch the first semiconductor switch (S1) and/or the second semiconductor switch (S2) as a function of a predetermined reference value (Umain) and to switch the predetermined reference value (Umain) as a function of at least one parameter variable dependent on the operating conditions (Pb) to a new reference value (U) for switching the first semiconductor switch (S1) and/or the second semiconductor switch (S2).
Description
EM-2020-0311 -1- LU102123 Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung, Stromversorgung und Verfahren zur Auswirtswandlung einer Eingangsspannung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung fur die Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Stromversorgung, die eine Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung aufweist. Dabei kann eine Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung insbesondere als Leistungsfaktor- Vorregler in einem Schaltnetzgerät eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Aufwärtswandlung der Eingangsspannung in einer Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers.EM-2020-0311 -1- LU102123 Boost converter circuit arrangement, power supply and method for converting an input voltage The present invention relates to a boost converter circuit arrangement for the power supply of an electrical consumer according to the preamble of patent claim 1 Boost converter circuitry according to the invention. In this case, a step-up converter circuit arrangement can be used in particular as a power factor pre-regulator in a switched-mode power supply. The invention also relates to a method for stepping up the input voltage in a power supply of an electrical consumer.
Die Grundschaltung eines Aufwärtswandlers (auch als Hochsetzsteller oder Hochsetzer bezeichnet) wird in Gleichspannungswandlern eingesetzt, deren Eingangsspannung niedriger als die Ausgangsspannung ist. Das gleiche Prinzip, jedoch mit einem Transformator anstelle einer Spule, wird in Schaltnetzteilen mit kleiner Leistung angewendet — diese werden auch als Sperrwandler bezeichnet (genau genommen handelt es sich in diesem Fall auch nicht um einen Transformator, sondern vielmehr um eine Drossel mit zwei Wicklungen). Bei einem Transformator wird die aufgenommene Eingangsleistung zeitgleich am Ausgang abgegeben. Bei einem Sperrwandler erfolgt die Leistungsaufnahme und -abgabe der Drossel durch die Wicklungen in unterschiedlichen Takten. Die Schaltung wird auch in PFC- Eingangsstufen (engl. PowerFactorCorrection für Leistungsfaktorkorrektur) verwendet, die geräteintern eine Zwischenkreis- spannung von ca. 400 V Gleichspannung bereitstellen. Die Stromaufnahme dieser PFC-Stufen wird dem Sinusverlauf der Eingangsspannung nachgesteuert, so dass Verunreinigungen des Netzes durch Oberschwingungen vermieden werden. An dieser Zwischenkreisspannung arbeiten dann Schaltnetzteile,The basic circuit of a boost converter (also known as a step-up converter or step-up converter) is used in DC-DC converters whose input voltage is lower than the output voltage. The same principle, but with a transformer instead of an inductor, is used in low-power switched-mode power supplies — also known as flyback converters (actually not a transformer either, but rather a two-winding choke) . In the case of a transformer, the input power consumed is delivered at the same time at the output. In a flyback converter, the power consumption and output of the choke occurs through the windings in different cycles. The circuit is also used in PFC input stages (PowerFactorCorrection) that provide an intermediate circuit voltage of approx. 400 V DC voltage internally in the device. The power consumption of these PFC stages follows the sine curve of the input voltage, so that contamination of the network by harmonics is avoided. Switching power supplies then work on this intermediate circuit voltage,
EM-2020-0311 -2- Frequenzumrichter oder elektronische Vorschaltgerate, die ansonsten starke LU102123 Oberschwingungen erzeugen würden. Stromversorgungen sind für vielfältige Bereiche und Einsatzzwecke erforderlich. Da der Begriff Stromversorgung vielfältig verwendet wird, wird im Folgenden der Begriff Stromrichter verwendet. Sie haben die Aufgabe, den Stromfluss zwischen Stromquelle und Last zu steuern oder von einer Stromart in eine andere umzuformen. Sie gehôren zum Teilgebiet der Leistungselektronik innerhalb der Elektrotechnik. Es gibt folgende Arten von Stromrichtern: Gleichrichter, Wechselrichter, Gleichstrom-Umrichter und Wechselstrom-Umrichter. Zu diesen verschiedenen Stromrichtern gehören auch die Netzgeräte, die auch als Netzteile bezeichnet werden. Sie haben die Aufgabe, elektronische Betriebsmittel mit einer Gleichspannung zu versorgen. Man unterscheidet lineare Netzgerate und Schaltnetzgeräte. Die Schaltnetzgeräte gehôren gleichzeitig zu den geregeiten Netzgeräten.EM-2020-0311 -2- Frequency converters or electronic ballasts that would otherwise generate strong LU102123 harmonics. Power supplies are required for a wide range of areas and purposes. Since the term power supply is used in many ways, the term converter is used below. Their job is to control the flow of current between the power source and the load, or to convert it from one type of current to another. They belong to the sub-area of power electronics within electrical engineering. There are the following types of power converters: rectifiers, inverters, DC converters and AC converters. These different power converters also include the power supply units, which are also referred to as power supply units. They have the task of supplying electronic equipment with direct current. A distinction is made between linear power supplies and switching power supplies. The switched-mode power supplies also belong to the regulated power supplies.
Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Schaltnetzgerâtes. Es besteht aus den Komponenten aktive PFC-Schaltung 10, Gleichstromsteller 20, Leistungsübertragungsstufe 30, Glättung 40, Regelstufe 50, Potenzialtrennung 60 und Steuerung 70. Am Eingang des Schaltnetzgerätes steht die Netzspannung aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz an. Als Beispiel wird die Wechselspannung mit dem Effektivwert von 230 V und einer Netzfrequenz von 50 Hz genannt. In der aktiven PFC-Schaltung 10 kônnen die folgenden drei Komponenten vorhanden sein, Netzfilter 1, Hochsetzsteller 2 und Siebkondensator 3. Am Ausgang der aktiven PFC-Schaltung 10 steht eine hohe Gleichspannung an, die z.B. den Spannungswert 400 V betrifft. Diese Gleichspannung wird durch den Gleichstromsteller 20 in ein Rechtecksignal zerhackt. Darin befindet sich ein Leistungstransistor, z.B. bipolarer Transistor 4, MOSFET-Transistor, entsprechend Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, Thyristor oder IGBT, entsprechend Insulated Gate Bipolar Transistor, der durch Schaltvorgänge das Rechtecksignal erzeugt. Durch Verändern des Tastgrades des Rechtecksignales lassen sich verschiedene Spannungen und Strôme und damit auch verschiedene Leistungen einstellen. Für die Ansteuerung der Leistungsschalter werden1 shows the basic structure of a switched-mode power supply. It consists of the components active PFC circuit 10, DC converter 20, power transmission stage 30, smoothing 40, control stage 50, electrical isolation 60 and control 70. The mains voltage from the public power supply network is present at the input of the switched-mode power supply. The AC voltage with an effective value of 230 V and a mains frequency of 50 Hz is given as an example. The following three components can be present in the active PFC circuit 10, line filter 1, step-up converter 2 and filter capacitor 3. At the output of the active PFC circuit 10 there is a high DC voltage, which relates to the voltage value 400 V, for example. This DC voltage is chopped up by the DC converter 20 into a square-wave signal. It contains a power transistor, e.g. bipolar transistor 4, MOSFET transistor, corresponding to Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, thyristor or IGBT, corresponding to Insulated Gate Bipolar Transistor, which generates the square-wave signal through switching operations. By changing the pulse duty factor of the square-wave signal, different voltages and currents and thus also different power levels can be set. For controlling the circuit breakers
EM-2020-0311 -3-EM-2020-0311 -3-
hauptsächlich die Techniken Pulsweiten-Modulation (PWM) und Pulsfolge- bzw.mainly the techniques of pulse width modulation (PWM) and pulse train or
LU102123 Pulsfrenquenz-Modulation (PFM) eingesetzt.LU102123 Pulse Frequency Modulation (PFM) used.
Für Netzgeräte, die für Leistungsbereiche von 75 W und mehr ausgelegt sind, ist esIt is for power supplies that are designed for power ranges of 75 W and more
Vorschrift, dass sie mit der PFC-Technik, entsprechend Power Factor Correction ausgestattet werden, um Rückwirkungen auf das Stromversorgungsnetz durch Erzeugen von Oberschwingungen zu vermeiden.Regulation that they are equipped with PFC technology, according to Power Factor Correction, in order to avoid repercussions on the power supply network by generating harmonics.
Dies wird auch in der europäischen Norm EN61000-3-2 definiert.This is also defined in the European standard EN61000-3-2.
Dafür wird häufig eine aktive PFC- Schaltung eingesetzt.An active PFC circuit is often used for this.
Diese besteht aus einer Art zusätzliches Schaltnetzteil, das dem eigentlichen vorgeschaltet ist, und dafür sorgt, dass der aufgenommene Strom der sinusférmigen Netzspannung entspricht.This consists of a kind of additional switching power supply, which is connected upstream of the actual one and ensures that the current drawn corresponds to the sinusoidal mains voltage.
Der Strom folgt dadurch einem Verlauf, wie ihn ein Widerstand an der aktuellen Netzspannung hervorrufen würde.As a result, the current follows a course that would be caused by a resistance in the current mains voltage.
Somit wird bei einer nicht genau sinusförmigen Netzspannung, wie sie in Stromnetzen häufig vorkommt, der tatsächliche Verlauf — nicht der idealisierte — derThus, if the mains voltage is not exactly sinusoidal, as is often the case in power grids, the actual curve — not the idealized one — becomes the
Netzspannung nachgefahren.Mains voltage traced.
Der Leistungsfaktor bleibt dabei nahe bei Eins und es entstehen weniger Oberschwingungen.The power factor remains close to unity and there are fewer harmonics.
Diese könnten sich sonst ,Aufschaukeln“ und zur Überlastung des Stromnetzes führen.Otherwise, they could build up and overload the power grid.
Der Leistungsfaktor gibt dabei das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung an.The power factor indicates the ratio of active power to apparent power.
Ist die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung Null, sind Wirkleistung und Scheinleistung gleich und der Leistungsfaktor bleibt bei Eins.If the phase shift between current and voltage is zero, real power and apparent power are equal and the power factor remains at unity.
Wenn zwischen Spannung und Strom merkliche Phasenunterschiede bestehen, fließt Leistung zurück zum Elektrizitätswerk und der Leistungsfaktor sinkt unter Eins.When there is a noticeable phase difference between voltage and current, power flows back to the utility and the power factor drops below unity.
Aktive PFC-Schaltungen bestehen in der Regel aus einem Gleichrichter mit direkt nachgeschaltetem Aufwärtswandler, der einen Kondensator mit großer Kapazität auf eine Spannung oberhalb der Scheitelspannung der Netzwechselspannung, z.B. 400 V auflädt.Active PFC circuits typically consist of a rectifier with a boost converter directly downstream, which charges a large capacitance capacitor to a voltage above the peak voltage of the AC line voltage, e.g. 400 V.
Aus diesem wird dann der eigentliche Verbraucher (Schaltnetzteil oder z.From this, the actual consumer (switching power supply or e.g.
B. elektronisches Vorschaltgerät von Leuchtstofflampen) versorgt.B. electronic ballast of fluorescent lamps).
Ein Aufwärtswandler wird auch als Hochsetzsteller bezeichnet.A step-up converter is also referred to as a step-up converter.
Es handelt sich um einen Sperrwandler, bei dem eine Spule einen Strom durch die Last treibt, wenn derIt is a flyback converter in which a coil drives a current through the load when the
Schalttransistor sperrt.Switching transistor blocks.
Die Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers, der in einer solchen aktiven PFC-Schaltung eingesetzt werden kann.FIG. 2 shows the basic circuit diagram of a step-up converter that can be used in such an active PFC circuit.
Durch den Betrieb von Hochsetzstellerschaltungen im sogenannten Boundary Conduction Mode, wird einBy operating boost converter circuits in the so-called boundary conduction mode, a
EM-2020-0311 -4- verlustarmes Schalten, von üblicherweise eingesetzten MOSFET LU102123 Halbleiterschaltern S, erreicht.EM-2020-0311 -4- low-loss switching of commonly used MOSFET LU102123 semiconductor switches S is achieved.
Hierbei wird der Hochsetzsteller bzw. die Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung 100 (wobei die Hochsetzsteller- Schaltungsanordnung neben dem eigentlichen Hochsetzsteller weitere Komponenten umfassen kann) in der Nähe der Lückgrenze des Drosselstroms IL so betrieben, dass sowohl ein stromloses Einschalten, sogenanntes „Zero Current Switching” (ZCS) als auch ein spannungsloses Einschalten, sogenanntes „Zero Voltage Switching“ (ZVS) des Schalters S ermöglicht wird.In this case, the step-up converter or the step-up converter circuit arrangement 100 (where the step-up converter circuit arrangement can include other components in addition to the actual step-up converter) is operated in the vicinity of the gap limit of the inductor current IL in such a way that both currentless switching on, so-called “zero current switching” ( ZCS) as well as a voltage-free switching, so-called "Zero Voltage Switching" (ZVS) of the switch S is made possible.
Die Drossel L1 des Hochsetzstellers 100 sowie die Ausgangskapazität Coss des Halbleiterschalters S bilden dabei einen Serienresonanzschwingkreis.The inductor L1 of the step-up converter 100 and the output capacitance Coss of the semiconductor switch S form a series resonant circuit.
Dieser Schwingkreis wird innerhalb der halben Periodendauer seiner Eigenfrequenz umgeladen, so dass bei Vorzeichenwechsel des Drosselstroms IL die Ausgangskapazität Coss auf den doppelten Wert der Hochsetzsteller-Eingangsspannung Vin, abzüglich der Hochsetzsteller-Ausgangsspannung Vout umgeladen wird.This oscillating circuit is charged within half the period of its natural frequency, so that when the sign of the inductor current IL changes, the output capacitance Coss is charged to twice the value of the step-up converter input voltage Vin, minus the step-up converter output voltage Vout.
Dadurch wird bei erneutem Einschalten des Halbleiterschalters S die Schaltspannung sowie der Einschaltstrom und somit die Schaltverluste reduziert.As a result, when the semiconductor switch S is switched on again, the switching voltage and the inrush current and thus the switching losses are reduced.
Solche Schaltverluste entstehen, wenn der Halbleiterschaiter S im Schaltzeitpunkt stromdurchflossen ist.Such switching losses arise when the semiconductor switch S has current flowing through it at the switching time.
Nach dem Ohm’schen Gesetz gilt, P = U*I.According to Ohm's law, P = U*I.
Die Verlustleistung P, die in dem Halbleiterschalter S in Wärme umgesetzt wird, ist damit davon abhängig wie hoch die Spannung ist, die anliegt.The power loss P, which is converted into heat in the semiconductor switch S, is therefore dependent on how high the voltage that is applied is.
In der Fig. 3 sind Spannungs- und Stromverlauf über eine vollständige Schaltperiode Tperiode des Halbleiterschalters S dargestellt.Voltage and current curves over a complete switching period Tperiod of the semiconductor switch S are shown in FIG.
Der Stromverlauf I. ist dreieckférmig.The course of the current I. is triangular.
Während der Einschaltphase ton des Halbleiterschaiters S, steigt der Strom durch die Drosselspule L1 linear an.During the switch-on phase ton of the semiconductor switch S, the current through the inductor L1 increases linearly.
Während der Ausschaltphase tor des Halbleiterschalters S, fällt der Strom IL durch die Drosselspule L1 linear ab.During the switch-off phase tor of the semiconductor switch S, the current IL through the inductor L1 falls linearly.
In der Phase tres, die der halben Periodendauer der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestehend aus Drosselspule L1 und Ausgangskapazität Coss des Halbleiterschalters S entspricht, ändert sich auch die Stromrichtung.In the phase tres, which corresponds to half the period of the resonant frequency of the resonant circuit consisting of the inductor L1 and the output capacitance Coss of the semiconductor switch S, the direction of the current also changes.
Dabei setzen sich die zeitlichen Zusammenhänge wie folgt zusammen: ton = Pin * 2 L Vin Fors = om = Ta tonThe temporal relationships are made up as follows: ton = Pin * 2 L Vin Fors = om = Ta ton
EM-2020-0311 -5- LU102123 tres = 1 * /L* Coss Dabei bedeuten Pin die Eingangsleistung und L die Induktivität der Drosselspule L1. Um ein möglichst verlustfreies Schalten des Halbleiterschalters S zu gewährleisten, darf die Periodendauer Tperiode eines Schaltzyklus nicht kürzer sein als: Tperiode min = ton + toff + tres- So ist es dann gewährleistet, dass die Ausgangskapazität Coss des Halbleiterschalters S für ein verlustfreies Schalten entladen werden kann.EM-2020-0311 -5- LU102123 tres = 1 * /L* Coss Pin is the input power and L is the inductance of the choke coil L1. In order to ensure that the semiconductor switch S switches with as little loss as possible, the period Tperiod of a switching cycle must not be shorter than: Tperiod min = ton + toff + tres- This then ensures that the output capacitance Coss of the semiconductor switch S is discharged for loss-free switching can.
In besonders verlustoptimierten Anwendungen kommt an Stelle eines konventionellen Aufwärtswandiers gem. Fig. 2 eine Halbbrücken-PFC-Schaltung mit mindestens zwei aktiven Halbleiterschaltern S1, S2 zum Einsatz. Diese ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei wird die Diode D aus Fig. 2 durch einen weiteren Halbleiterschalter S2 ersetzt.In particularly loss-optimized applications, a half-bridge PFC circuit with at least two active semiconductor switches S1, S2 is used instead of a conventional step-up converter according to FIG. This is shown in FIG. In this case, the diode D from FIG. 2 is replaced by a further semiconductor switch S2.
Die zeitlichen Zusammenhänge, die für die Schaltung gem. Fig. 2 gelten, sind in dem US-Patent US 8,766,605 B2 in Bezug auf den Einsatz einer Halbbrücken-PFC- Schaltung erläutert. Dabei wird mit dem Begriff Halbbrücken-PFC-Schaltung ausgedrückt, dass sowohl die positive als auch die negative Halbwelle durch denselben Halbleiterschalter-Zweig aufwärtsgewandelt wird. Dies macht allerdings eine Polwenderschaltung erforderlich, die den Stromkreis schließt.2 are explained in US Pat. No. 8,766,605 B2 in relation to the use of a half-bridge PFC circuit. The term half-bridge PFC circuit expresses the fact that both the positive and the negative half-wave are upconverted by the same semiconductor switch branch. However, this requires a polarity reversing circuit that closes the circuit.
In der Fig. 5 wird die zeitliche Abfolge der Ansteuersignale der Halbleiterschaiter S1 und S2 für eine positive Eingangsspannung Vin, anhand des Verlaufs der Drain- Source-Spannung Vcoss des ersten Halbleiterschalters 51 während der Schaltphasen, dargestellt. Die Ansteuersignale werden dabei über das Setzen von Stromschwellen In und li des Drosselstroms |. erzeugt. Der Drosselstrom IL muss dafür messtechnisch erfasst werden und mit vorgegebenen Werten verglichen werden.5 shows the time sequence of the drive signals of the semiconductor switches S1 and S2 for a positive input voltage Vin based on the course of the drain-source voltage Vcoss of the first semiconductor switch 51 during the switching phases. The control signals are set by setting current thresholds In and li of the inductor current |. generated. For this purpose, the inductor current IL must be measured and compared with specified values.
Die Bedingung für das Abschalten von Halbleiterschalter S1 und das Einschalten von Halbleiterschalter S2 ist in diesem Fall das Überschreiten der Stromschwelle InIn this case, the condition for switching off semiconductor switch S1 and switching on semiconductor switch S2 is that the current threshold In is exceeded
| EM-2020-0311 -6- des Drosselstroms IL. Dabei wird die Stromschwelle In für den jeweiligen LU102123 Arbeitspunkt von einem Stromregler vorgegeben. Die Bedingung für das Abschalten von Halbleiterschalter S2 und das Einschalten von Halbleiterschalter S1 ist in diesem Fall das Unterschreiten der Stromschwelle li des Drosselstroms IL. Die Stromschwelle |; ist statisch vorgegeben und deren Lage sorgt für einen vollständiges Umladen der Ausgangskapazität Coss des Halbleiterschalters S1. Dabei bleibt im Gegensatz zur Schaltung in Fig. 2, bei der die Diode D den Umladevorgang bestimmt, der Schalter S2 solange eingeschaltet, bis ein vollständiges Umladen der Ausgangskapazität Coss auf 0 V erfolgt ist.| EM-2020-0311 -6- of the inductor current IL. The current threshold In for the respective LU102123 operating point is specified by a current controller. In this case, the condition for switching off semiconductor switch S2 and switching on semiconductor switch S1 is that the inductor current IL falls below the current threshold li. The current threshold |; is statically specified and its position ensures that the output capacitance Coss of the semiconductor switch S1 is completely recharged. In contrast to the circuit in FIG. 2, in which the diode D determines the recharging process, the switch S2 remains switched on until the output capacitance Coss has been completely recharged to 0 V.
Danach wird Halbleiterschalter S1 ein- und der Halbleiterschalter S2 zeitgleich abgeschaltet, so dass der Strom I. von Halbleiterschalter S2 auf Halbleiterschalter S1 kommutieren kann und die Stromrichtung des Stromes IL wieder wechselt. Es beginnt ein neuer Zyklus mit dem Aufmagnetisieren der Drosselspule L1.Thereafter, the semiconductor switch S1 is switched on and the semiconductor switch S2 is switched off at the same time, so that the current I. can commute from the semiconductor switch S2 to the semiconductor switch S1 and the current direction of the current IL changes again. A new cycle begins with the magnetization of the choke coil L1.
Einzelheiten zu diesem Ansteuerverfahren sind in den Dokumenten US 20070109822 A1 und US 8026704 B2 näher beschrieben. Ein alternatives Verfahren zur Generierung der Ansteuersignale fur die Halbleiterschalter S1 und S2 ist aus dem Dokument „Current Mode Control structure: Current-Mode Control: Modeling and Digital Application“, von Jian Li, April 14, 2009, Blacksburg, Virginia Polytechnic Institute and State University, bekannt. Dabei werden zur Generierung der Schaltzeiten tons: und tons2 der Halbleiterschalter S1 und S2 Komparatoren eingesetzt, die den durch den Strom |. verursachten Spannungsabfall in einem Messwiderstand mit Spannungsschwellenwerten vergleichen. Aus dem Dokument “LED Application Design Using BCM Power Factor Correction (PFC) Controller for 100W Lightning System”; AN-9731, 02011 Fairchild Semiconductor Corporation Rev. 1.0.0, 3/24/11 ist ein Schaltungsdesign für eine PFC-Schaltung, die im sogenannten ,Boundary Conduction Mode“ (BCM) betrieben wird bekannt.Details on this control method are described in more detail in the documents US 20070109822 A1 and US 8026704 B2. An alternative method for generating the drive signals for the semiconductor switches S1 and S2 is from the document "Current Mode Control structure: Current-Mode Control: Modeling and Digital Application", by Jian Li, April 14, 2009, Blacksburg, Virginia Polytechnic Institute and State University, known. In this case, comparators are used to generate the switching times tons: and tons2 of the semiconductor switches S1 and S2, which compare the current |. compare the voltage drop caused in a measuring resistor with voltage threshold values. From the document “LED Application Design Using BCM Power Factor Correction (PFC) Controller for 100W Lightning System”; AN-9731, 02011 Fairchild Semiconductor Corporation Rev. 1.0.0, 3/24/11 a circuit design for a PFC circuit operating in the so-called Boundary Conduction Mode (BCM) is known.
EM-2020-0311 -7- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Hochsetzsteller- LU102123 Schaltungsanordnung bereitzustellen, die im Hinblick auf ihre Betriebsweise in einem boundary-conduction-mode weiter verbessert ist. Mit Vorteil soll eine weitere Absenkung der Schaltverluste und eine Erhöhung des Wirkungsgrads erreicht werden. Schließlich ist ebenso wünschenswert eine Senkung der Bauteiltemperaturen der Halbleiterschalter und eine damit einhergehende Erhöhung der Lebensdauer zu erreichen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde eine Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers und ein Verfahren zur Aufwärtswandlung der Eingangsspannung einer solchen Stromversorgung bereitzustellen, wodurch eine entsprechend verbesserte Betriebsweise gewährleistet wird.EM-2020-0311 -7- The invention is based on the object of providing a step-up circuit LU102123 circuit arrangement which is further improved with regard to its operation in a boundary-conduction mode. Advantageously, a further reduction in switching losses and an increase in efficiency should be achieved. Finally, it is also desirable to achieve a reduction in the component temperatures of the semiconductor switches and an associated increase in the service life. The invention is also based on the object of providing a power supply for an electrical consumer and a method for step-up conversion of the input voltage of such a power supply, as a result of which a correspondingly improved mode of operation is ensured.
Zur Generierung der Ansteuersignale für die Halbleiterschalter einer Hochsetzstellerschaltung sind, wie vorstehend bereits beschrieben, unterschiedlichste Verfahren bereits bekannt. In einigen der Verfahren wird das Prinzip des „Constant ontime Control“ angewendet. So gibt ein Regler, der die Ausgangspannung der Schaltung konstant halten soll, eine leistungsequivaltente on-Time ton vor, die über eine Periode der Netzhalbwelle konstant ist. Die Abmagnetisierungszeit tor des ersten Halbleiterschalters S1 und somit die aktive Zeit des Halbleiterschalters S2 aus Abbildung 4 wird mit folgender Formel Näherungsweise vorberechnet: rr = Ta ton Da die Berechnung durch Toleranzen und andere Faktoren wie Verzögerungen in Treibern etc. abweichen kann, muss geprüft werden, ob man mit der vollzogenen Off-Zeit torr auch der Stromwert in der Induktivität L erreicht wurde. Die erforderliche Information des Stroms kann aus dem Pfad des ersten Stromschalters herangezogen werden. Mit Hilfe eines Strommesswiderstandes, lässt sich eine Messspannung erzeugen, die proportional zum Storm durch den ersten Halbleiterschalter S1 ist. Figur 9 zeigt dazu eine mögliche Regelstruktur (realisiert in einem Digitalen Signalprozessor (DSP)), während in Figur 8 der zeitliche Drosselstromverlauf während der Regelung dargestellt ist.As already described above, a wide variety of methods are already known for generating the control signals for the semiconductor switches of a step-up converter circuit. In some of the procedures, the principle of "constant on-time control" is applied. A controller that is supposed to keep the output voltage of the circuit constant specifies a power-equivalent on-time ton that is constant over a period of the mains half-wave. The demagnetization time tor of the first semiconductor switch S1 and thus the active time of the semiconductor switch S2 from Figure 4 is approximately precalculated using the following formula: rr = Ta ton Since the calculation can deviate due to tolerances and other factors such as delays in drivers, etc., it must be checked whether the current value in the inductance L was also reached with the completed off-time torr. The required information of the current can be taken from the path of the first current switch. A measurement voltage that is proportional to the current through the first semiconductor switch S1 can be generated with the aid of a current measurement resistor. FIG. 9 shows a possible control structure (implemented in a digital signal processor (DSP)), while FIG. 8 shows the course of the inductor current over time during the control.
EM-2020-0311 -8- In zwei nachverôffentlichten Anmeldungen (DE 10 2020 117 180.3, DE 10 2020 120 LU102123EM-2020-0311 -8- In two post-published applications (DE 10 2020 117 180.3, DE 10 2020 120 LU102123
530.9) werden zwei unterschiedliche Stellverfahren beschrieben, um ein Zero- Voltage-Switching zu gewährleisten. In der ersten nachverôffentlichten Anmeldung DE 10 2020 117 180.3 wird ein Stromreferenzwert vorgegeben, bei dem ein Zero- Voltage Switching realisiert wird. In der zweiten nachverôffentlichten Anmeldung DE 2020 120 530.9 wird eine Korrekturzeit ermittelt, um die berechneten Zeiten anzupassen. Dabei wird innerhalb der Berechnungen ein Zeitwert generiert, nachdem die Entmagnetisierungszeit ermittelt wurde, um ein Zero-Voltage- Switching zu gewährleisten. Der Inhalt beider Patentanmeldungen wird 10 insbesondere bezüglich des jeweils beschriebenen Aufbaus der Hochsetzsteller- Schaltungsanordnung sowie bezüglich der jeweils beschrieben Ansteuerung der Halbleiterschalter der Hochsetzstellerschaltung ausdrücklich mit in den Offenbarungsumfang dieser Erfindung einbezogen.530.9) two different adjustment methods are described to ensure zero-voltage switching. In the first post-published application DE 10 2020 117 180.3, a current reference value is specified, at which zero-voltage switching is implemented. In the second post-published application DE 2020 120 530.9, a correction time is determined in order to adjust the calculated times. A time value is generated within the calculations after the demagnetization time has been determined in order to ensure zero-voltage switching. The content of both patent applications is expressly included in the scope of disclosure of this invention, in particular with regard to the structure of the step-up converter circuit arrangement described in each case and with regard to the described activation of the semiconductor switches of the step-up converter circuit.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung für die Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung umfasst eine Zweischalter- Hochsetzstellerschaltung mit einem ersten Halbleiterschalter mit einer ersten Ausgangskapazitat, mit einem zweiten Halbleiterschalter mit einer zweiten Ausgangskapazität, mit einer Induktivität und mit einem Siebkondensator, wobei die Zweischalter-Hochsetzstellerschaltung eingerichtet ist eine Entladung der Ausgangskapazität des ersten Halbleiterschalters und/oder eine Entladung der Ausgangskapazität des zweiten Halbleiterschalters zu gewährleisten. Die Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung umfasst darüber hinaus eine Gleichrichter- oder Polwenderschaltung mit einem ersten Halbleiterelement und mit einem zweiten Halbleiterelement, sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung der beiden Halbleiterschalter für den Betrieb der Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung in einem boundary conduction mode. Der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter sind dabei in einem gemeinsamen ersten Pfad in Serie geschaltet und parallel zu einem zweiten Pfad, in dem die Halbleiterelemente der Gleichrichter- oder Polwenderschaltung in Serie geschaltet sind, angeordnet. Parallel zu dem ersten Pfad sind in einem ersten Knotenpunkt und in einem zweiten Knotenpunkt die Anschlusskontakte für die Ausgangsspannung der Hochsetzsteller-The object on which the invention is based is achieved by a step-up converter circuit arrangement for the power supply of an electrical load with the features of claim 1. A step-up converter circuit arrangement according to the invention comprises a two-switch step-up converter circuit with a first semiconductor switch with a first output capacitance, with a second semiconductor switch with a second output capacitance, with an inductance and with a filter capacitor, the two-switch step-up converter circuit being set up to ensure that the output capacitance of the first semiconductor switch is discharged and/or that the output capacitance of the second semiconductor switch is discharged. The boost converter circuit arrangement also includes a rectifier or pole changer circuit with a first semiconductor element and a second semiconductor element, and a control unit for controlling the two semiconductor switches for operating the boost converter circuit arrangement in a boundary conduction mode. The first semiconductor switch and the second semiconductor switch are connected in series in a common first path and are arranged in parallel with a second path in which the semiconductor elements of the rectifier or pole changer circuit are connected in series. The connection contacts for the output voltage of the step-up converter are parallel to the first path in a first node and in a second node.
EM-2020-0311 -9- Schaltungsanordnung gebildet, und ist zwischen die Anschlusskontakte der LU102123 Siebkondensator geschaltet. Die Induktivitat ist zwischen einen ersten Versorgungsanschluss zum Anschluss an eine Spannungsquelle und den Verbindungsknotenpunkt der beiden in Reihe geschalteten Halbleiterschalter geschaltet. Ein zweiter Versorgungsanschluss zum Anschluss an die Spannungsquelle ist an den Knotenpunkt angebunden, in dem die Halbleiterelemente des zweiten Pfades in Serie geschaltet sind. Die Steuereinheit ist gemäß der Erfindung eingerichtet, den ersten Halbleiterschalter und/oder den zweiten Halbleiterschalter in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Referenzwert zu schalten und den vorbestimmten Referenzwert in Abhängigkeit von zumindest einer betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße zu einem neuen Referenzwert für die Ansteuerung bzw. Schaltung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters zu adaptieren. Hierdurch wird der angestrebte Vorteil erzielt, innerhalb der Schaltung auftretenden Verluste zur reduzieren und den Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung zu erhöhen.EM-2020-0311 -9- circuit arrangement, and is connected between the connection contacts of the LU102123 filter capacitor. The inductance is connected between a first supply terminal for connection to a voltage source and the connection node of the two series-connected semiconductor switches. A second supply connection for connection to the voltage source is connected to the node in which the semiconductor elements of the second path are connected in series. According to the invention, the control unit is set up to switch the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch as a function of a predetermined reference value and to convert the predetermined reference value into a new reference value for the actuation or switching of the first semiconductor switch and / or to adapt the second semiconductor switch. This achieves the desired advantage of reducing losses occurring within the circuit and increasing the efficiency of the circuit arrangement.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.Further advantageous refinements of the invention are specified in the dependently formulated claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further refinements of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred configurations of the invention being presented.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist in Abhängigkeit von der zumindest einen betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße den Stromreferenzwert an die durch die Parametergröße beschriebene Betriebsbedingung anzupassen, So dass die Einschaltzeitzeit des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters während der Abmagnetisierungsphase der Induktivität variierbar ist. Hierdurch kann die kurzzeitige Anpassung der Steuerung der Halbleiterschalter , wobei für ein möglichst optimales zero-voltage-switching auf einen Referenzstromwert geregelt wird, durch eine längerfristige, der kurzzeitigen Regelung überlagerten Regelung, auf einen ausgewähltenAccording to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the control unit is set up to adapt the current reference value to the operating condition described by the parameter variable as a function of the at least one parameter variable dependent on the operating condition, so that the switch-on time of the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch during the demagnetization phase the inductance is variable. As a result, the short-term adjustment of the control of the semiconductor switches, which is regulated to a reference current value for the best possible zero-voltage switching, can be adjusted to a selected one by a longer-term regulation superimposed on the short-term regulation
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betriebsbedingungsabhängigen Parameterwert (wie z.B. der Bauteiltemperatur LU102123 eines Halbleiterschalters) optimiert eingeregelt werden.parameter value dependent on the operating conditions (e.g. the component temperature LU102123 of a semiconductor switch).
Es kann gemäß einer hierzu alternativen Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist in Abhängigkeit von der zumindest einen betriebsbedingungsabhängigen ParametergrôRe die Schaltzykluszeit oder die Anschaltzeit des Halbleiterschalters während der Phase der Abmagnetisierung der Induktivität an die durch die ParametergrôBe beschriebene Betriebsbedingung anzupassen, so dass die Einschaltzeitzeit des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters während der Abmagnetisierungsphase der Induktivität variierbar ist.According to an alternative further development of the invention, it can also be provided that the control unit is set up to adapt the switching cycle time or the switch-on time of the semiconductor switch during the phase of demagnetization of the inductance to the operating condition described by the parameter size as a function of the at least one parameter size dependent on the operating conditions, so that the switch-on time of the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch can be varied during the demagnetization phase of the inductance.
Hierdurch kann die kurzzeitige Anpassung der Steuerung der Halbleiterschalter, wobei die Schaltzykluszeit für ein möglichst optimales zero-voltage-switching laufend angepasst wird, durch eine längerfristige, der kurzzeitigen Anpassung überlagertenAs a result, the short-term adjustment of the control of the semiconductor switches, with the switching cycle time being continuously adjusted for zero-voltage switching that is as optimal as possible, can be superimposed by a longer-term adjustment over the short-term adjustment
Regelung, auf einen ausgewählten betriebsbedingungsabhängigen Parameterwert (wie z.B. der Bauteiltemperatur eines Halbleiterschalters) optimiert eingeregelt werden.Regulation, to a selected operating condition-dependent parameter value (such as the component temperature of a semiconductor switch) are optimally adjusted.
Zur Realisierung einer solchen überlagerten Regelung zur Optimierung eines zero- voltage-switching kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist eine FührungsgrôRenregelung auf einen vorbestimmten festen Referenzwert der betriebsbedingungsabhängigen ParametergrôfBe, der nicht unterschritten oder nicht überschritten werden darf, durchzuführen.In order to implement such a superimposed regulation to optimize zero-voltage switching, it can be provided that the control device is set up to carry out a command variable regulation to a predetermined fixed reference value of the operating condition-dependent parameter size, which must not be undershot or exceeded.
Dabei wird die ausgewählte Parametergröße in Form einer Regelgröße erfasst und zur Verrechnung mit einer vorgegebenen Führungsgröße für die Parametergröße, in Form einerIn this case, the selected parameter variable is recorded in the form of a control variable and, for offsetting with a predetermined reference variable for the parameter variable, in the form of a
Regelabweichung, einem Optimierungsregler zugeführt.Deviation, fed to an optimization controller.
In Abhängigkeit von der erzeugten Optimierungs-Stellgröße erfolgt dann eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters.The first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch is then actuated as a function of the optimization manipulated variable generated.
In einer alternativen Realisierung für eine überlagerte Regelung zur Optimierung eines zero-voltage-switching kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist eine Führungsgrößenregelung auf einen variablen Referenzwert der betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße in Abhängigkeit von der Änderung der die Parametergröße abbildenden gemessenen Regelgröße durchzuführen.In an alternative implementation for a superimposed regulation for optimizing a zero-voltage switching, it can be provided that the control device is set up to carry out a reference variable regulation to a variable reference value of the parameter variable dependent on the operating conditions, depending on the change in the measured control variable representing the parameter variable.
Dabei wird die Parametergröße als Regelgröße erfasst und die erfasste RegelgrößeThe parameter variable is recorded as the controlled variable and the recorded controlled variable
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des aktuellen Schaltzyklus der Halbleiterschalter als vorgegebene Führungsgröße Lu102123 zur Verrechnung mit der erfassten Regelgröße aus dem vorherigen Schaltzyklus in Form eines FührungsgrôBenwertes für die betriebsbedingungsabhängige Parametergrôfe, in Form einer Regelabweichung, einem Optimierungsregler zugeführt.of the current switching cycle of the semiconductor switches as a predetermined command variable Lu102123 for offsetting with the detected controlled variable from the previous switching cycle in the form of a command variable value for the parameter variable dependent on the operating conditions, in the form of a control deviation, to an optimization controller.
In Abhängigkeit von der erzeugten Optimierungs-Stellgroe erfolgt dann eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters.The first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch is then actuated as a function of the optimization manipulated variable generated.
Eine dritte Möglichkeit zur Realisierung einer solchen überlagerten Regelung zurA third possibility for the realization of such a superimposed regulation for
Optimierung eines zero-voltage-switching sieht vor, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist in Abhängigkeit von der die Parametergréfie abbildenden gemessenen Regelgröße aus einer Führungsgrößentabelle, in der eine Mehrzahl von experimentell oder rechnerisch ermittelten arbeitspunktabhängigen Modell- Führungsgrößen hinterlegt sind, eine optimierte Modell-Führungsgröße inOptimization of a zero-voltage switching provides that the control device is set up, depending on the measured control variable representing the parameter size from a control variable table, in which a plurality of experimentally or arithmetically determined operating point-dependent model control variables are stored, an optimized model control variable in
Abhängigkeit von der gemessenen Regelgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit von der ermittelten optimierten Modell-Führungsgröße eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters zu ermöglichen.To be determined as a function of the measured control variable, and as a function of the determined optimized model reference variable, to enable control of the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch.
Bevorzugt wird die gemessene Führungsgröße und/oder die in der Führungsgrößentabelle hinterlegten Modell-Führungsgrößen abgebildet durch einen einzelnen oder eine Kombination mehrerer der folgenden Betriebsparameter: - die Eingangsspannung der Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung, - die Ausgangsspannung der Hochsetzstelier-Schaltungsanordnung, - der Strom durch den Strommesswiderstand und den ersten Halbleiterschalter, oder der Strom durch den zweiten Halbleiterschalter,The measured reference variable and/or the model reference variables stored in the reference variable table are preferably represented by one or a combination of several of the following operating parameters: - the input voltage of the step-up converter circuit arrangement, - the output voltage of the step-up converter circuit arrangement, - the current through the current measuring resistor and the first semiconductor switch, or the current through the second semiconductor switch,
- der Strom durch eines der Halbleiterelemente der Gleichrichter- oder- the current through one of the semiconductor elements of the rectifier or
Polwenderschaltung,polarity reversing circuit,
- der Strom durch die Induktivität oder durch den Anschluss von der Spannungsquelle zum Knotenpunkt zwischen den Halbleiterelementen der Gleichrichter oder Polwenderschaltung,- the current through the inductance or through the connection from the voltage source to the node between the semiconductor elements of the rectifier or pole-changing circuit,
- der Strom durch den Siebkondensator, - die Bauteiltemperatur des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters, - die Drain-Source-Spannung des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters.- the current through the filter capacitor, - the component temperature of the first and/or second semiconductor switch, - the drain-source voltage of the first and/or second semiconductor switch.
EM-2020-0311 -12- In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die LU102123 zumindest eine betriebsbedingungsabhängige ParametergrôfBe abgebildet wird durch einen einzelnen Betriebsparameter oder eine Kombinationen mehrerer der folgenden Betriebsparameter: - die Drain-Source-Spannung des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters, - die Bauteiltemperatur des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters, - der Referenz-Wirkungsgrad der Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters, - die Referenz-Verlustleistung. Je nach Anwendungsfall kann durch eine Uberlagerte Regelung auf einen oder mehrere der vorstehend aufgeführten betriebsbedingungsabhängigen ParametergrôRen die Ansteuerung der Halbleiterschalter für ein zero-voltage-switching weiter verbessert werden, Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist den ersten Halbleiterschalter und/oder den zweiten Halbleiterschalter zusätzlich auch in Abhängigkeit von dem durch die Induktivität fließenden Strom anzusteuern. Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist den ersten Halbleiterschalter und/oder den zweiten Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem durch einen Messwiderstand fließenden Strom anzusteuern, wobei der Messwiderstand im Pfad in Serie zu dem ersten Halbleiterschalter S angeordnet ist.EM-2020-0311 -12- In a further development of the invention it can also be provided that the LU102123 at least one parameter quantity dependent on the operating conditions is represented by a single operating parameter or a combination of several of the following operating parameters: - the drain-source voltage of the first and/or or second semiconductor switch, - the component temperature of the first and/or second semiconductor switch, - the reference efficiency of the boost converter circuit arrangement of the first and/or second semiconductor switch, - the reference power loss. Depending on the application, the activation of the semiconductor switches for zero-voltage switching can be further improved by superimposed control of one or more of the above-mentioned parameter variables that are dependent on the operating conditions to control the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch as a function of the current flowing through the inductance. Finally, the invention can also be advantageously implemented in such a way that the control unit is set up to control the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch depending on the current flowing through a measuring resistor, the measuring resistor being arranged in series with the first semiconductor switch S in the path is.
Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Stromversorgung für einen elektrischen Verbraucher, wobei die Stromversorgung eine erfindungsgemäß aufgebaute Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung aufweist und wobei die Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung zur Leistungsfaktor- Vorregelung in der Stromversorgung dient. Hierdurch wird eine Stromversorgung mit Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung bereitgestellt, die mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln ein verlustarmes Schalten der Halbleiterschalter der Hochsetzstellerschaltung gewährleistet. Bevorzugt ist die Stromversorgung als Schaltnetzgerät ausgelegt.In addition, the object underlying the invention is achieved by a power supply for an electrical consumer, the power supply having a boost converter circuit arrangement constructed according to the invention and the boost converter circuit arrangement being used for power factor pre-regulation in the power supply. This provides a power supply with a step-up converter circuit arrangement that ensures low-loss switching of the semiconductor switches of the step-up converter circuit using simple circuitry. The power supply is preferably designed as a switched-mode power supply.
EM-2020-0311 „13 - Schließlich wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein LU102123 Verfahren zur Aufwärtswandlung der Eingangsspannung in einer derartigen Stromversorgung. Dabei steuert die Steuereinheit den ersten Halbleiterschalter und/oder den zweiten Halbleiterschalter in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Referenzwert und adaptiert den vorbestimmten Referenzwert in Abhängigkeit von zumindest einer betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße zu einem neuen Referenzwert für die Steuerung bzw. Schaltung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters. Die herkömmliche Ansteuerung der Halbleiterschalter mittels einem vorgebbaren Referenzwert hat eine sehr zeitnahe Wirkung im Hinblick auf das zero-voltage-switching zur Folge, während die zusätzliche Adaptierung dieses vorgegebenen Referenzwertes (durch eine überlagerte Regelung) in Abhängigkeit von einem betriebsabhängigen Parametergröße (wie z.B. der Bauteiltemperatur der Halbleiterschalter) eine Wirkung zur Folge hat, die zeitlich gesehen erst sehr viel später mit Blick auf die Optimierung eines zero-voltage-switching ihre Wirkung zeigt. Hierdurch wird der Punkt (Zeitpunkt oder Stromwert durch den Halbleiterschalter), an dem die Entmagnetisierungsphase der Induktivität abgeschlossen ist und die Aufmagnetisierungsphase der Induktivität gestartet werden soll optimiert und in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsbedingungen (bzw. i.A.v.EM-2020-0311 „13 - Finally, the object on which the invention is based is achieved by a LU102123 method for step-up conversion of the input voltage in such a power supply. The control unit controls the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch as a function of a predetermined reference value and adapts the predetermined reference value as a function of at least one parameter variable dependent on the operating conditions to form a new reference value for the control or switching of the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch . The conventional control of the semiconductor switches by means of a definable reference value results in a very real-time effect with regard to zero-voltage switching, while the additional adaptation of this preset reference value (by superimposed control) depending on an operation-dependent parameter variable (e.g. the component temperature the semiconductor switch) results in an effect that, in terms of time, only shows its effect much later with a view to optimizing zero-voltage switching. As a result, the point (point in time or current value through the semiconductor switch) at which the demagnetization phase of the inductance is completed and the magnetization phase of the inductance is to be started is optimized and, depending on predetermined operating conditions (or i.A.v.
betriebsbedingungsabhängigen Parametergrößen) eine mit Blick auf ein zero- voltage-switching optimierte Ansteuerung der Halbleiterschalter erreicht. Analog zur Ausbildung und Weiterbildung der Hochsetzsteller- Schaltungsanordnung wird auch das Verfahren in vorteilhaften Ausgestaltungen entsprechend weiterentwickelt.operating condition-dependent parameter sizes) with a view to zero-voltage switching optimized control of the semiconductor switches. Analogously to the design and further development of the step-up converter circuit arrangement, the method is also correspondingly further developed in advantageous configurations.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, den Stromreferenzwert, in Abhängigkeit von der zumindest einen betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße an die durch die Parametergröße beschriebene Betriebsbedingung anzupassen, so dass die Einschaltzeitzeit (tons1) des ersten Halbleiterschalters (S1) und/oder die Einschaltzeit (tons2) des zweiten Halbleiterschalters (S2) während der Abmagnetisierungsphase der Induktivität (L1) variierbar ist.According to an advantageous embodiment of the method, it can be provided that the current reference value is adapted to the operating condition described by the parameter variable as a function of the at least one parameter variable dependent on the operating condition, so that the switch-on time (tons1) of the first semiconductor switch (S1) and/or the switch-on time (tons2 ) of the second semiconductor switch (S2) during the demagnetization phase of the inductance (L1) can be varied.
EM-2020-0311 - 14 - LU102123 Alternativ zur Anpassung des Stromreferenzwertes kann auch die Schaltzykluszeit oder die Anschaltzeit des Halbleiterschalters während der Phase der Abmagnetisierung der Induktivität in Abhängigkeit von der zumindest einen betriebsbedingungsabhängigen Parametergrôfe an die durch die ParametergrôGe beschriebene Betriebsbedingung angepasst werden, so dass die Einschaltzeitzeit des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters während der Abmagnetisierungsphase der Induktivität (mit Blick auf ein zu optimierendes zero-voltage-switching) variierbar ist.EM-2020-0311 - 14 - LU102123 As an alternative to adjusting the current reference value, the switching cycle time or the switch-on time of the semiconductor switch during the demagnetization phase of the inductance can also be adjusted to the operating condition described by the parameter size as a function of the at least one parameter variable dependent on the operating condition, so that the switch-on time of the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch can be varied during the demagnetization phase of the inductance (with a view to optimizing zero-voltage switching).
Mit Vorteil wird eine Führungsgrößenregelung auf einen vorbestimmten festen Referenzwert der Parametergrée, der nicht unterschritten oder nicht überschritten werden darf, durchgeführt. Dabei wird die gewählte Parametergröße als Regelgröße erfasst und zur Verrechnung mit einer vorgegebenen Führungsgröße für die Parametergröße, in Form einer Regelabweichung, einem Optimierungsregler zugeführt. In Abhängigkeit von der erzeugten Optimierungs-Stellgröße erfolgt dann eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters.Advantageously, a control variable is carried out to a predetermined fixed reference value of the parameter size, which must not be fallen below or exceeded. In this case, the selected parameter variable is recorded as a control variable and fed to an optimization controller for offsetting with a predetermined reference variable for the parameter variable in the form of a control deviation. The first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch is then actuated as a function of the optimization manipulated variable generated.
Alternativ zu der Führungsgrößenregelung auf einen vorbestimmten festen Referenzwert der Parametergröße kann auch eine Führungsgrößenregelung auf einen variablen Referenzwert der Parametergröße in Abhängigkeit von der Änderung der die Parametergröße abbildenden gemessenen Regelgröße durchgeführt werden. Dabei wird die Parametergröße als Regelgröße erfasst und die Regelgröße des aktuellen Schaltzyklus der Halbleiterschalter als vorgegebene Führungsgröße zur Verrechnung mit der Regelgröße der Leistungshalbleiterschalter aus dem vorherigen Schaltzyklus in Form eines Führungsgrößenwertes für die Parametergröße, in Form einer Regelabweichung, einem Optimierungsregler zugeführt. In Abhängigkeit von der erzeugten Optimierungs-Stellgrôfse erfolgt dann eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters.As an alternative to the reference variable control to a predetermined fixed reference value of the parameter variable, a reference variable control to a variable reference value of the parameter variable can also be carried out as a function of the change in the measured controlled variable representing the parameter variable. The parameter variable is recorded as a controlled variable and the controlled variable of the current switching cycle of the semiconductor switches is fed to an optimization controller as a specified reference variable for offsetting against the controlled variable of the power semiconductor switches from the previous switching cycle in the form of a reference variable value for the parameter variable, in the form of a control deviation. The first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch is then actuated as a function of the optimization manipulated variable generated.
EM-2020-0311 | -15- In einer dritten Möglichkeit für eine Uberlagerte Steuerung bzw. Regelung kann LU102123 auch in Abhängigkeit von der gemessenen RegelgrôBe aus einer FührungsgrôRentabelleeine optimierte Modell-FührungsgrôRe ermittelt werden und anschließend in Abhängigkeit von der ermittelten optimierten Modell- Führungsgrôle eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters und/oder des zweiten Halbleiterschalters zu erfolgen. In der FührungsgrôBentabelle sind dabei dann eine Mehrzahl von experimentell oder rechnerisch ermittelten arbeitspunktabhängigen Modell-Führungsgrößen hinterlegt.EM-2020-0311 | -15- In a third option for superimposed control or regulation, an optimized model reference variable can also be determined from a reference variable table as a function of the measured control variable and then, as a function of the determined optimized model reference variable, the first semiconductor switch and/or can be activated. or the second semiconductor switch to take place. In this case, a plurality of experimentally or arithmetically determined operating-point-dependent model reference variables are then stored in the reference variable table.
Bezüglich der heranzuziehenden betriebsbedingten Parametergrößen sowie der hinterlegten Modellführungsgrößen wird an dieser Stelle auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Schaltungsanordnung verwiesen.With regard to the operational parameter variables to be used and the stored model control variables, reference is made at this point to the relevant statements on the circuit arrangement.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden der erste Halbleiterschalter und/oder der zweite Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem durch die Induktivität fließenden Strom angesteuert.In a further development of the method, the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch are/are controlled as a function of the current flowing through the inductor.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein Referenzstrom an einem mit dem ersten Halbleiterschalter in Serie geschalteten Messwiderstand gemessen und werden der erste Halbleiterschalter und/oder der zweiten Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem Referenzstrom angesteuert.In a particularly preferred development of the method, a reference current is measured at a measuring resistor connected in series with the first semiconductor switch, and the first semiconductor switch and/or the second semiconductor switch are/are controlled as a function of the reference current.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass es vorrangiges Ziel ist, den Punkt zu ändern an dem die Entmagnetisierungsphase der Drossel abgeschlossen wird und die Aufmagnetisierungsphase der Drossel gestartet wird. Um diesen Punkt anzupassen schlägt die Erfindung in Weiterbildungen insgesamt drei prinzipielle Regelstrukturen zur Optimierung vor. In einem ersten Verfahren (siehe insb. Patentanspruch 4 iVm Figur 11) wird eine überlagerte Regelung auf einen festen Referenzwert, der z.B. nicht über oder unterschritten werden darf, vorgeschlagen. Gemäß einer weiteren überlagerten Regelung bzw. Regelstruktur wird vorgeschlagen auf einen minimalen oder maximalen Zielwert einzuregeln. Hierbei wird die Information der Änderung der Messgröße der Regelung zugrunde gelegt (siehe hierzu insbesondere Patentanspruch 5 iVm Figur 12). Schließlich wird gemäß einer dritten Möglichkeit vorgeschlagen eine Art überlagerte SteuerungIn summary, the primary goal is to change the point at which the inductor demagnetization phase is completed and the inductor magnetization phase is started. In order to adapt this point, the invention proposes a total of three basic control structures for optimization in further developments. In a first method (see in particular Patent Claim 4 in conjunction with Figure 11), superimposed control to a fixed reference value, which, for example, must not be exceeded or fallen below, is proposed. According to a further superimposed control or control structure, it is proposed to regulate to a minimum or maximum target value. In this case, the information on the change in the measured variable is used as a basis for the regulation (see in particular patent claim 5 in conjunction with FIG. 12). Finally, according to a third possibility, a type of superimposed control is proposed
EM-2020-0311 | - 16 - vorzusehen, wobei anhand von SystemgrôBen, aus denen sich ein bestimmter LU102123 Regelwert ergibt, eine entsprechende Ansteuerung der Halbleiterschalter vorzunehmen (siehe insbesondere Patentanspruch 6 iVm Figur 13). Alle drei Regelstrukturen zur Optimierung des zero-voltage-switching (ZVS-Optimization) werden wie in den Abbildungen dargestellt, in eine bestehende herkömmliche Hauptregelstruktur (Maincontrol) eingebettet. Es ergibt sich eine Regelgröße, die sich aus der festen Regelgröße des Maincontrol und der optimierten Regelgröße der überlagerten Regelstruktur ergibt.EM-2020-0311 | - 16 - to be provided, with the semiconductor switches being controlled accordingly on the basis of system variables from which a specific LU102123 control value results (see in particular patent claim 6 in conjunction with FIG. 13). All three control structures for optimizing zero-voltage switching (ZVS optimization) are embedded in an existing conventional main control structure (main control) as shown in the figures. A controlled variable results from the fixed controlled variable of the main control and the optimized controlled variable of the superimposed control structure.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description and/or figures. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. The same reference symbols designate the same objects, so that explanations from other figures can be used as a supplement if necessary.
Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltnetzgerätes; Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Halbbrücken-PFC-Schaltung mit einem Halbleiterschalter; Fig. 3 den Stromverlauf durch die Induktivität der Halbbrücken-PFC- Schaltung gem. Fig. 2 und die Form des Spannungsverlaufs der Ausgangskapazität des Halbleiterschalters; Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer Halbbrücken-PFC-Schaltung mit zwei Halbleiterschaltern;1 shows a basic circuit diagram of a switched-mode power supply; 2 shows a basic circuit diagram of a half-bridge PFC circuit with a semiconductor switch; 3 shows the course of the current through the inductance of the half-bridge PFC circuit according to FIG. 4 shows a basic circuit diagram of a half-bridge PFC circuit with two semiconductor switches;
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Fig. 5 den Stromverlauf durch die Induktivität der Halbbriicken-PFC- LU102123 Schaltung gem.Fig. 5 shows the current flow through the inductance of the half-bridge PFC LU102123 circuit acc.
Fig. 4 und die Form des Spannungsverlaufs der Ausgangskapazität des Halbleiterschalters;4 and the shape of the voltage profile of the output capacitance of the semiconductor switch;
Fig. 6 ein Prinzipschaltbild einer Halbbriicken-PFC-Schaltung mit zwei Halbleiterschaltern und Polwender-Schaltung zum Betrieb an einer Wechselspannungsquelle;6 shows a basic circuit diagram of a half-bridge PFC circuit with two semiconductor switches and pole changer circuit for operation on an AC voltage source;
Fig. 7 ein Prinzipschaltbild einer Halbbrücken-PFC-Schaltung mit zwei7 shows a basic circuit diagram of a half-bridge PFC circuit with two
Halbleiterschaltern, wobei die Polwender-Schaltung mit Dioden realisiert wird, zum Betrieb an einer Wechselspannungsquelle;Semiconductor switches, the pole changer circuit being implemented with diodes, for operation on an AC voltage source;
Fig. 8 den Stromveriauf durch die Induktivität bzw. den Messwiderstand der Halbbriicken-PFC-Schaltung gem.8 shows the course of the current through the inductance or the measuring resistor of the half-bridge PFC circuit according to FIG.
Fig. 7 bei positiver Halbwelle derFig. 7 with a positive half-wave
Eingangsspannung und Ansteuerung der Halbleiterschalter gemäß dem in DE 10 2020 120 530.9 beschriebenen Verfahren,Input voltage and control of the semiconductor switches according to the method described in DE 10 2020 120 530.9,
Fig. 9 den Stromverlauf durch die Induktivität bzw. den Messwiderstand R1 der Halbbriicken-PFC-Schaltung gem.9 shows the course of the current through the inductance or the measuring resistor R1 of the half-bridge PFC circuit according to FIG.
Fig. 7 bei positiver Halbwelle der Eingangsspannung und Ansteuerung der Halbleiterschaiter gemäß dem in DE 10 2020 117 180.3 beschriebenen Verfahren,7 with a positive half-wave of the input voltage and activation of the semiconductor switches according to the method described in DE 10 2020 117 180.3,
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit der erfindungsgemafiien Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung,10 shows a block diagram of a control unit of the step-up converter circuit arrangement according to the invention,
Fig. 11 ein Prinzipschaltbild einer innerhalb der Steuereinheit umgesetzten Reglerstruktur in einer ersten möglichen Ausführungsform,11 shows a basic circuit diagram of a controller structure implemented within the control unit in a first possible embodiment,
Fig. 12 ein Prinzipschaltbild einer innerhalb der Steuereinheit umgesetzten12 shows a basic circuit diagram of one implemented within the control unit
Reglerstruktur in einer zweiten möglichen Ausführungsform, undController structure in a second possible embodiment, and
EM-2020-0311 | -18 - Fig. 13 ein Prinzipschaltbild einer innerhalb der Steuereinheit umgesetzten LU102123 Steuer-/Reglerstruktur in einer dritten möglichen Ausführungsform. Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemafen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Ausführungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäfBen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.EM-2020-0311 | -18 - FIG. 13 shows a basic circuit diagram of a LU102123 control/regulator structure implemented within the control unit in a third possible embodiment. The present description illustrates the principles of the inventive disclosure. It is thus understood that those skilled in the art will be able to conceive various implementations which, while not explicitly described herein, embody principles of the inventive disclosure and are intended to be protected within their scope.
Der erfindungsgemäße Gedanke wird an Beispiel einer positiven Eingangsspannung bzw. einer positiven Halbwelle einer Eingangs- Wechselspannung erörtert. Für den Fall des Anliegens einer negativen Eingangsspannung bzw. der negativen Halbwelle der Eingangswechselspannung ist die Funktionalität der Halbleiterschalter der Hochsetzstellerschaltung entsprechend umgetauscht.The idea according to the invention is discussed using the example of a positive input voltage or a positive half-wave of an input AC voltage. If a negative input voltage or the negative half-cycle of the AC input voltage is applied, the functionality of the semiconductor switches of the step-up converter circuit is reversed accordingly.
Wie beschrieben, gibt es den Ansatz eine PFC-Schaltung im Boundary Conduction Mode (BCM) zu betreiben. Dabei wird die Zeit ton Zum wiederholten Aufmagnetisieren der Induktivität L; L1, über eine Sinushalbwelle der Netzwechselspannung konstant gehalten. Diese Zeit ist proportional zur Leistungsabgabe des Schaltnetzgerätes und wird von einem Spannungsregler vorgegeben, der die Ausgangsspannung der Schaltung, also z.B. 400 V Gleichspannung, konstant halten soll.As described, there is the approach of operating a PFC circuit in Boundary Conduction Mode (BCM). The time ton for repeated magnetization of the inductance L; L1, kept constant over a sine half wave of the mains AC voltage. This time is proportional to the power output of the switching power supply and is specified by a voltage regulator, which is intended to keep the output voltage of the circuit, e.g. 400 V DC, constant.
Zusätzlich muss noch die Zeit zum Abmagnetisieren tor der Induktivität L; L1 eingestellt werden. In der genannten Publikation passiert dies durch die Generierung eines Zero Current Detection (ZCD) Signals, dass durch den Umladevorgang einer Diode hervorgerufen wird. Dies lässt sich allerdings in einer Aufwärtswandler- bzw. Hochsetzstellerschaltung, in der die Funktion der Diode durch einen Halbleiterschalter realisiert wird, aber nicht erzeugen, da dieser Halbleiterschalter nicht von selbst sperrt.In addition, the time for demagnetizing tor the inductance L; L1 can be set. In the publication mentioned, this is done by generating a Zero Current Detection (ZCD) signal that is caused by the recharging process of a diode. However, this cannot be produced in a step-up converter or step-up converter circuit in which the function of the diode is implemented by a semiconductor switch, since this semiconductor switch does not block by itself.
Wie eingangs bereits beschrieben sind bereits verschiedene Ansteuerverfahren zur Ansteuerung der Halbleiterschalter einer Hochsetzstellerschaltung 120 bekannt.As already described at the outset, various control methods for controlling the semiconductor switches of a step-up converter circuit 120 are already known.
| EM-2020-0311 -19- LU102123 Ziel dieser Erfindung ist es den Punkt zu ändern, an dem die Abmagnetisierungsphase der Induktivität L1 abgeschlossen wird und die Aufmagnetisierungsphase der Induktivität L1 gestartet wird, und diesen Punkt im Hinblick auf ein sogenanntes zero-voltage-switching zu optimieren. Um diesen Punkt, der entweder in Form eines erreichten Referenzstroms le: durch einen der Halbleiterschaiter S1, S2 oder in Form eines Zeitwertes (z.B. eines Korrekturwertes zur Verkürzung oder Verlängerung der Periodenzeit tperiode_correct für den nächsten Schaltzyklus) der den Strom-Nulldurchgang während des Zero-Voltage-Switching (ZVS) charakterisiert, anzupassen, werden nachfolgend verschiedene Möglichkeiten beschrieben.| EM-2020-0311 -19- LU102123 The aim of this invention is to change the point at which the demagnetization phase of the inductance L1 is completed and the magnetization phase of the inductance L1 is started, and this point with regard to a so-called zero-voltage switching to optimize. Around this point, which is either reached in the form of a reference current le: by one of the semiconductor switches S1, S2 or in the form of a time value (e.g. a correction value for shortening or lengthening the period time tperiod_correct for the next switching cycle) which indicates the current zero crossing during the zero Voltage-Switching (ZVS) characterizes adapt, various options are described below.
Vorab wird kurz die Arbeitsweise der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Hochsetzsteller-Schaltungsanordnungen 100 beschrieben.The mode of operation of the step-up converter circuit arrangements 100 illustrated in FIGS. 6 and 7 is briefly described first.
Die Figur 6 und Figur 7 zeigen jeweils ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung 100. Die in Figur 6 und in Figur 7 dargestellte Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung 100 für die Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers umfasst jeweils eine Gleichrichter- oder Polwenderschaltung 110, eine Zweischalter-Hochsetzstellerschaltung 120 sowie eine Steuereinheit 130 zur Ansteuerung der beiden Halbleiterschalter S1, S2 der Zweischalter-Hochsetzstellerschaltung 3.Figure 6 and Figure 7 each show a basic circuit diagram of the step-up converter circuit arrangement 100 according to the invention. The step-up converter circuit arrangement 100 shown in Figure 6 and in Figure 7 for the power supply of an electrical load each includes a rectifier or pole changer circuit 110, a two-switch step-up converter circuit 120 and a control unit 130 for driving the two semiconductor switches S1, S2 of the two-switch boost converter circuit 3.
Dabei ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 die Polwenderschaltung 110 durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Halbleiterschalter S3, S4 gebildet, während bei der Ausführung gemäß Figur 7 die Polwender- bzw.In the embodiment according to FIG. 6, pole reversing circuit 110 is formed by two series-connected controllable semiconductor switches S3, S4, while in the embodiment according to FIG.
Gleichrichterschaltung 110 durch zwei in Serie geschaltete Dioden D1, D2 gebildet ist.Rectifier circuit 110 is formed by two series-connected diodes D1, D2.
In beiden Fällen bzw. Ausführungen sind in einem Pfad P2 die beiden Halbleiterelemente D1, D2; S3, S4 in Reihe geschaltet angeordnet und sind in einem anderen Pfad P1 der erste Halbleiterschalter S1 und der zweite Halbleiterschalter S2 der Zweischalter-Hochsetzstellerschaltung 3 in Serie geschaltet angeordnet, wobei die beiden Pfade P1, P2 im Sinne einer Parallelschaltung an ihrem einen freien Ende in einem ersten Knotenpunkt K1 und an ihrem anderen freien Ende in einem zweiten Knotenpunkt K2 zusammengeführt sind und zugleich die Anschlusskontakte für die Ausgangsspannung Vout derIn both cases or versions, the two semiconductor elements D1, D2; S3, S4 are arranged in series and the first semiconductor switch S1 and the second semiconductor switch S2 of the two-switch step-up converter circuit 3 are arranged in another path P1 in series, with the two paths P1, P2 being connected in parallel at one free end in a first node K1 and at its other free end are brought together in a second node K2 and at the same time the connection contacts for the output voltage Vout of
| EM-2020-0311 - 20 - Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung 100 bilden.| EM-2020-0311 - 20 - form step-up converter circuit arrangement 100.
Dabei ist zwischen die LU102123 Anschlusskontakte für die Ausgangsspannung Vout der Siebkondensator C1 geschaltet.The filter capacitor C1 is connected between the LU102123 connection contacts for the output voltage Vout.
Die Induktivität L1 ist zwischen einen ersten Versorgungsanschluss Q1 zum Anschluss an eine Wechselspannungsquelle ACin und den Verbindungsknotenpunkt K3 der beiden in Reihe geschalteten Halbleiterschalter S1, S2 geschaltet.The inductance L1 is connected between a first supply terminal Q1 for connection to an AC voltage source ACin and the connection node K3 of the two series-connected semiconductor switches S1, S2.
Ein zweiter Versorgungsanschluss Q2 zum Anschluss an die Spannungsquelle ACin ist zwischen das erste Halbleiterelement D1, S3 und das zweite Halbleiterelement D2, S4 in einen Verbindungsknotenpunkt K4 angebunden.A second supply connection Q2 for connection to the voltage source ACin is connected between the first semiconductor element D1, S3 and the second semiconductor element D2, S4 in a connection node K4.
Der erste Halbleiterschalter S1 ist dabei in Reihe mit einem Messwiderstand R1 geschaltet.The first semiconductor switch S1 is connected in series with a measuring resistor R1.
Wie in der bereits eingangs in den Offenbarungsumfang dieser Anmeldung einbezogenen Druckschrift DE 10 2020 120 530.9 ausführlich beschrieben und in der Figur 8 durch den Stromregelvorgang veranschaulicht, kann die Steuereinheit | 130 eingerichtet sein, eine Referenzzeitdauer Tmess_ref, innerhalb der der durch den Messwiderstand R1 fließende Strom |, betragsmafig einen vorbestimmten Strom- | Referenzwert lret innerhalb einer Schaltperiode Tperiode (auch als Schaltzyklus bezeichnet) erreicht haben soll, rechnerisch zu ermitteln und zu vergleichen mit der tatsächlichen Zeitdauer Tmess ist, innerhalb der der durch den Messwiderstand R1 fließende Strom i, den vorbestimmten Strom-Referenzwert ler erreicht hat, und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis zwischen der rechnerisch ermittelten Referenzzeitdauer Tmess ref Und der tatsächlichen Zeitdauer Tmess ist, eine Zeitdifferenz Tair zu ermitteln, in deren Abhängigkeit die Dauer der darauffolgenden Schaltperiode Tperiode durch einen ermittelten Zeit-Korrekturwert Tperiode-correct anpassbar ist.As described in detail in document DE 10 2020 120 530.9, which is already included in the scope of disclosure of this application, and illustrated in FIG 130 be set up, a reference time period Tmess_ref, within which the current flowing through the measuring resistor R1 |, in absolute terms a predetermined current | reference value lret should have reached within a switching period Tperiod (also referred to as switching cycle), to be determined by calculation and to be compared with the actual period of time Tmeas, within which the current i flowing through the measuring resistor R1 has reached the predetermined current reference value ler, and depending on the comparison result between the calculated reference period Tmess ref and the actual period Tmess is to determine a time difference Tair, depending on which the duration of the subsequent switching period Tperiod can be adjusted by a determined time correction value Tperiod-correct.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht eine sinusférmige Eingangsspannung Vin (Netzspannung) mit 230 V Effektivwert und 50 Hz Netzfrequenz an den Anschlussklemmen Q1, Q2 der Wechselspannungsquelle ACin an.In the exemplary embodiment shown, a sinusoidal input voltage Vin (mains voltage) with an effective value of 230 V and a mains frequency of 50 Hz is present at the connection terminals Q1, Q2 of the AC voltage source ACin.
An die obere Anschlussklemme Q1 ist die Drosselspule L1 geschaltet.The choke coil L1 is connected to the upper connection terminal Q1.
Im Beispiel weist sie eine Induktivität von 64 pH auf.In the example, it has an inductance of 64 pH.
Diese Leitung geht an den Kontenpunkt K3, der einerseits mit dem Drain-Ausgang des ersten Halbleiterschalters S1 in Verbindung steht.This line goes to node K3, which is connected on the one hand to the drain output of the first semiconductor switch S1.
Andererseits steht der Knotenpunkt K3 mit dem Source-Eingang des zweiten Halbleiterschalter S2 in Verbindung.On the other hand, the node K3 is connected to the source input of the second semiconductor switch S2.
Beide Halbleiterschalter S1 und S2 sind alsBoth semiconductor switches S1 and S2 are as
EM-2020-0311 | -21- Feldeffekttransistoren des Typs n-Kanal-MOSFET ausgeführt.EM-2020-0311 | -21- n-channel MOSFET type field effect transistors.
Stattdessen könnten LU102123 andere Halbleiterschalter, wie bipolare Transistoren, Thyristoren oder IGBT's eingesetzt werden.Instead, LU102123 other semiconductor switches such as bipolar transistors, thyristors or IGBTs could be used.
Sie dienen dazu das Eingangssignal gleichzurichten und zu zerhacken.They serve to rectify and chop the input signal.
Dazu werden sie mit einer relativ hohen Frequenz geschaltet, z.B. 100 kHz.To do this, they are switched at a relatively high frequency, e.g. 100 kHz.
Das Ansteuersignal CTRL1 wird an das Gate des ersten Halbleiterschalters (Feldeffekttransistors) S1 angelegt.The drive signal CTRL1 is applied to the gate of the first semiconductor switch (field effect transistor) S1.
Das Ansteuersignal CTRL2 wird an das Gate des zweiten Haibleiterschalters (Feldeffekttransistors) S2 angelegt.The drive signal CTRL2 is applied to the gate of the second semiconductor switch (field effect transistor) S2.
Das genaue Timing dieser Ansteuersignale CTRL1, CTRL2 wird in einer als Digitalschaltung ausgebildeten Steuereinheit 130, die nachfolgend anhand der Figur 9 und der Figur 10 noch genauer erläutert wird, berechnet.The exact timing of these control signals CTRL1, CTRL2 is calculated in a control unit 130 designed as a digital circuit, which is explained in more detail below with reference to FIG. 9 and FIG.
Am Ausgang der Zweischalter- | Hochsetzstellerschaltung 120 ist ein Siebkondensator C1 angeschaltet, der | während der Durchschaltphase des Halbleiterschalters S2 aufgeladen wird und [ einem nachfolgenden Gleichstromsteller des Schaltnetzgerätes eine hohe | Spannung von z.B. 400 V Gleichspannung zur Verfügung stellt.At the output of the two-switch | Boost converter circuit 120 is connected to a filter capacitor C1 which | is charged during the switching phase of the semiconductor switch S2 and [a subsequent DC converter of the switched-mode power supply has a high | Voltage of e.g. 400 V direct voltage is available.
Der | Siebkondensator C1 hat z.B. eine Kapazität von 600 uF.The | For example, filter capacitor C1 has a capacitance of 600 uF.
Der Strom, der bei gedffnetem Halbleiterschalter S2 in umgekehrter Richtung zum Entladen der Ausgangskapazität vom Halbleiterschalter S1 fließt, fließt durch den Messwiderstand R1, der im unteren Schaltzweig der Reihenschaltung der beiden Halbieiterschalter S1 und S2 im Pfad P2 vorgesehen ist.The current, which flows in the opposite direction to discharging the output capacitance of semiconductor switch S1 when semiconductor switch S2 is open, flows through measuring resistor R1, which is provided in the lower switching branch of the series connection of the two semiconductor switches S1 and S2 in path P2.
Der Messwiderstand R1 hat z.B. einen Widerstandswert von 20 mQ.For example, the measuring resistor R1 has a resistance value of 20 mΩ.
Mit diesem Stromfluss wird also die Transistorkapazität Coss entladen, was für ein verlustioses Schalten nötig ist.With this current flow, the transistor capacitance Coss is discharged, which is necessary for lossless switching.
Um dies zu erzielen, ist zunächst die messtechnische Erfassung des Stromflusses durch den Messwiderstand R1 erforderlich.In order to achieve this, the current flow through the measuring resistor R1 must first be measured.
Deshalb wird der Spannungsabfall über den Messwiderstand R1 erfasst.Therefore, the voltage drop across the measuring resistor R1 is recorded.
Hierfür wird die über dem Messwiderstand R1 anliegende Spannung an dem Kontenpunkt K5, zwischen dem Sourceanschluss des ersten Halbleiterschalters S1 und dem in Serie geschalteten Messwiderstand R1, zu einem Eingang der Steuereinheit 130 geführt, über den die Spannung gemessen und weiterverarbeitet wird.For this purpose, the voltage present across the measuring resistor R1 at the node K5, between the source connection of the first semiconductor switch S1 and the series-connected measuring resistor R1, is routed to an input of the control unit 130, via which the voltage is measured and further processed.
Dazu kann ein A/D-Eingang der Steuereinheit 130 eingesetzt werden.An A/D input of the control unit 130 can be used for this purpose.
In einem zweiten Zweig sind zwei weitere Halbleiterschalter S3 und S4 vorgesehen.Two further semiconductor switches S3 and S4 are provided in a second branch.
Es handelt sich z.B. ebenfalls um n-Kanal-MOSFET . Der Kontenpunkt K4, an den beide Halbleiterschalter S3, S4 geschaltet sind, ist mit der Rückleitung zum E-Werk verbunden.It is also an n-channel MOSFET, for example. The node K4, to which both semiconductor switches S3, S4 are connected, is connected to the return line to the E-Werk.
Beide Halbleiterschalter S3 und S4 dienen der Umpolung der Schaltung.Both semiconductor switches S3 and S4 are used to reverse the polarity of the circuit.
Fir die positive Halbwelle der Eingangsspannung wird S4 gesperrt und S3 leitend geschaltet.For the positive half-wave of the input voltage, S4 is blocked and S3 is switched on.
Für die negative Halbwelle derFor the negative half-wave of
EM-2020-0311 | -22- Eingangsspannung wird S3 gesperrt und S4 leitend geschaltet. Die Schaltsignale LU102123 CTRL3 und CTRL4 werden daher mit der 50 Hz Netzfrequenz geschaltet.EM-2020-0311 | -22- input voltage, S3 is blocked and S4 is switched on. The switching signals LU102123 CTRL3 and CTRL4 are therefore switched with the 50 Hz mains frequency.
Die Fig. 7 zeigt eine andere Variante dieser Schaltung, bei der die beiden Halbleiterschalter S3 und S4 durch Dioden D1, D2 ersetzt sind. Bei diesen besteht der Vorteil, dass sie keine dedizierten Schaltsignale benötigen. Die Dioden D1, D2 sind selbstsperrend und zeigen das gewünschte Polwende-Verhalten auch ohne Ansteuersignale. Die anderen Komponenten in Fig. 7, die die gleichen Bezugszeichen haben wie in Fig. 6, bezeichnen die gleichen Komponenten. Im Gegensatz zu der Ausführungsform in Figur 6 fallen hier allerdings höhere Schaltverluste an. Grundsätzlich ist mit dieser in Figur 7 dargestellten Topologie auch eine Rückspeisung in das Versorgungsnetz möglich.FIG. 7 shows another variant of this circuit, in which the two semiconductor switches S3 and S4 are replaced by diodes D1, D2. These have the advantage that they do not require dedicated switching signals. The diodes D1, D2 are self-locking and show the desired polarity reversal behavior even without control signals. The other components in Fig. 7 that have the same reference numerals as in Fig. 6 denote the same components. In contrast to the embodiment in FIG. 6, however, higher switching losses occur here. In principle, with this topology shown in FIG. 7, it is also possible to feed back into the supply network.
In Figur 6 sind beispielhaft die Stromflüsse zur Auf- und Abmagnetisierung der Spule L1 bei negativer Halbwelle der Eingangsspannung dargestellt. Dabei stellt der gestrichelt dargestellte Pfeilverlauf Mag_auf den Stromfluss zur Aufmagnetisierung der Induktivität L1 und der punktiert dargestellte Pfeilverlauf Mag-ab den Stromfluss zur Abmagnetisiering der Induktivität L1 dar. Die Stromflussrichtung der Aufmagnetisierung ist ausgehend von ACin/Q2 über S4, S2, L1 zu ACin/Q1. Die Stromflussrichtung der Abmagnetiserung ist ausgehend von ACin/Q2 über S4, C1, S1, L1 zu ACin/Q1. Die für die negative Eingangsspannungs- Halbwelle dargestellten Stromverläufe gelten analog natürlich ebenso für die Ausführungsform gemäß Figur 7.FIG. 6 shows the current flows for magnetizing and demagnetizing the coil L1 in the case of a negative half-cycle of the input voltage. The Mag_auf arrow curve shown in broken lines represents the current flow for magnetizing the inductance L1 and the Mag-down arrow curve shown in broken lines represents the current flow for demagnetizing the inductance L1. The current flow direction of the magnetization is from ACin/Q2 via S4, S2, L1 to ACin/ Q1 The current flow direction of the demagnetization is from ACin/Q2 via S4, C1, S1, L1 to ACin/Q1. The current curves shown for the negative input voltage half-wave naturally also apply analogously to the embodiment according to FIG.
Analog dazu sind in Figur 7 beispielhaft die Stromflüsse zur Auf- und Abmagnetisierung der Induktivität L1 bei positiver Eingangsspannung bzw. bei positiver Halbwelle der Eingangsspannung dargestellt. Auch hier stellt der gestrichelt dargestellte Pfeilverlauf Mag_auf den Stromfluss zur Aufmagnetisierung der Induktivität L1 und der punktiert dargestellte Pfeilverlauf Mag_ab den Stromfluss zur Abmagnetisiering der Induktivität L1 dar. Die Stromflussrichtung der Aufmagnetisierung ist ausgehend von ACin/Q1 über L1, S1, D2 zu ACin/Q2. Die Stromflussrichtung der Abmagnetiserung ist ausgehend von ACin/Q1 über L1, S2,Analogous to this, the current flows for magnetizing and demagnetizing the inductance L1 with a positive input voltage or with a positive half-wave of the input voltage are shown in FIG. 7 as an example. Here, too, the Mag_auf arrow curve shown as a dashed line represents the current flow for magnetizing the inductance L1 and the Mag_ab arrow curve shown as a dotted line represents the current flow for demagnetizing the inductance L1. The current flow direction of the magnetization is from ACin/Q1 via L1, S1, D2 to ACin/Q2 . The current flow direction of the demagnetization is starting from ACin/Q1 via L1, S2,
EM-2020-0311 | -23- C1, D2, zu ACin/Q2. Die für die positive Eingangsspannungs-Halbwelle LU102123 dargestellten Stromverläufe gelten analog natürlich ebenso für die Ausführungsform gemäß Figur 6. Mit der Schaltung gem. Fig. 7 wird ein Ansatz weiterentwickelt, der aus der folgenden Publikation bekannt ist: LED Application Design Using BCM Power Factor Correction (PFC) Controller for 100W Lightning System; AN-9731, 02011 Fairchild Semiconductor Corporation Rev. 1.0.0, 3/24/11. Mit diesem Schaltungsdesign wird eine PFC-Schaltung im sogenannten „Boundary Conduction Mode“ (BCM) betrieben. Hierbei wird die Zeit Ton, die zum Zerhacken der Eingangsspannung mit ca. 100 kHz angesetzt wird, über eine Sinushalbwelle der Netzspannung konstant gehalten. Diese Zeit entspricht der Zeit zum jeweiligen Aufmagnetisieren der Induktivität L1 pro Schaltperiode. Wie beschrieben, enthält die PFC-Schaltung mit dem Spannungsregler 132 einen Stromregelkreis, der die Aufgabe hat, den Augenblickswert des Eingangsstromes I(t) (Drosselstrom) proportional zum Augenblickswert der Eingangsspannung Vin(t) zu halten. So kann dann der Leistungsfaktor nahe bei Eins gehalten werden. Diese Zeit ist proportional zur Leistung und wird von einem Spannungsregler vorgegeben, der die Ausgangsspannung der Schaltung z.B. auf 400 V konstant halten soll. Um die Zeit zum Abmagnetisieren der Drossel L1 einzustellen, wird in der genannten Publikation ein Zero Current Detection (ZCD) Signal benutzt, dass durch den Umladevorgang der Diode hervorgerufen wird. Dies lässt sich allerdings in einer Hochsetzstellerschaltung, in der die Funktion der Diode D mit einem verlustarmen Halbleiterschalter S2 realisiert wird, aber so nicht erzeugen, da dieser Halbleiterschalter nicht von selbst sperren, wenn eine Gatespannung anliegt.EM-2020-0311 | -23- C1, D2, to ACin/Q2. The current curves shown for the positive input voltage half-wave LU102123 naturally also apply analogously to the embodiment according to FIG. 6. With the circuit according to FIG (PFC) Controller for 100W Lightning System; AN-9731, 02011 Fairchild Semiconductor Corporation Rev. 1.0.0, 3/24/11. With this circuit design, a PFC circuit is operated in the so-called "Boundary Conduction Mode" (BCM). The time Ton, which is used to chop the input voltage at approx. 100 kHz, is kept constant over a sine half wave of the mains voltage. This time corresponds to the time for each magnetizing of the inductance L1 per switching period. As described, the PFC circuit with the voltage regulator 132 includes a current control loop which has the task of keeping the instantaneous value of the input current I(t) (inductor current) proportional to the instantaneous value of the input voltage Vin(t). In this way, the power factor can then be kept close to one. This time is proportional to the power and is specified by a voltage regulator, which is intended to keep the output voltage of the circuit constant at 400 V, for example. In order to set the time for demagnetization of the inductor L1, a Zero Current Detection (ZCD) signal is used in the cited publication, which is caused by the charge reversal process of the diode. However, this cannot be produced in a step-up converter circuit in which the function of the diode D is implemented with a low-loss semiconductor switch S2, since this semiconductor switch does not turn off by itself when a gate voltage is present.
Es wird deshalb der Zeitpunkt, an dem der zweite Halbleiterschalter S2 abschalten soll, vorausberechnet. Bei dieser Methode gibt man den Stromwert Ib vom Shunt R1 auf einen Komparator 131b. Dem Komparator 131b gibt man einen Referenzstromwert lrer als Schwellenwert vor, zu dem man einen zugehörigenThe point in time at which the second semiconductor switch S2 should switch off is therefore calculated in advance. With this method, the current value Ib from the shunt R1 is fed to a comparator 131b. The comparator 131b is given a reference current value Irer as a threshold value, to which an associated
EM-2020-0311 - 24 - Zeitwert Tmess_ret berechnet. Der berechnete Zeitwert Tmess_ret entspricht der Zeit, LU102123 den die Stromflanke benôtigt, um nach Beginn des Anstiegs den Schwellenwert/Referenzstromwert lret des Komparators 131b zu erreichen. Der Zeitwert Tmess_ret berechnet sich wie folgt.EM-2020-0311 - 24 - Time value Tmess_ret calculated. The calculated time value Tmess_ret corresponds to the time LU102123 required for the current edge to reach the threshold/reference current value Iret of the comparator 131b after it has started to rise. The time value Tmess_ret is calculated as follows.
Les =L—L Tmess_ref Vin lret ist der Betrag des Stromes, den man mit dem unteren Spitzenwert des Drosselstromes erreichen möchte, um ein ZVD-Switching zu gewährleisten. Vin ist der aktuelle Wert der Eingangsspannung und L der Wert der Induktivität der Drossel. Wird der gewünschte untere Spitzenwert lrer durch Fehler, Toleranzen etc. nicht erreicht, so wird auch der Schwellenwert am Komparator 131b zu einem anderen Zeitpunkt Tmess ist erreicht, als in Tmess_rer berechnet wurde. Misst man nun die Zeit vom Einschaltpunkt der Stromflanke bis zum Erreichen des Schwellenwertes am Komparator, so erhält man die Zeit Tmess_ist. Bildet man die Differenz aus der Zeit die man vorberechnet hat Tmess_rer Mit der, die man anschließend gemessen hat Tmess_ist, SO erhält man die Zeit Taq. Taif f= Thess ref - Tess. ist Mit dieser Zeitdifferenz lässt sich ein Zeit-Korrekturwert Tperiode_correct für die Zeit toff und somit für die gesamte Periode Tperioge des Schaltzyklus ermitteln, mit dem der gewünschte Strom beim nächsten Schaltzyklus erreicht werden würde. Dieser Zeit- Korrekturwert Tperiode_correct ist folgendermaßen zu berechnen. Vin Tperiode_correct = Vout — Vin aiff Die Fig. 9 zeigt den Stromregelvorgang durch die Steuereinheit 130, bei positiver Eingangsspannung Vin, wie er bereits in der nachverôffentlichten Druckschrift DELes =L—L Tmess_ref Vin lret is the amount of current that one wants to achieve with the lower peak value of the inductor current in order to ensure ZVD switching. Vin is the actual value of the input voltage and L is the value of the inductance of the choke. If the desired lower peak value Irer is not reached due to errors, tolerances, etc., then the threshold value at comparator 131b is also reached at a different point in time Tmess act than was calculated in Tmess_rer. If you now measure the time from the switch-on point of the current edge until the threshold value is reached at the comparator, you get the time Tmeas_actual. If you form the difference between the time that you have pre-calculated Tmess_rer and the time that you then measured Tmess_act, you get the time Taq. Taif f= Thess ref - Tess. With this time difference, a time correction value Tperiod_correct can be determined for the time toff and thus for the entire period Tperioge of the switching cycle, with which the desired current would be achieved in the next switching cycle. This time correction value Tperiod_correct is to be calculated as follows. Vin Tperiod_correct = Vout - Vin aiff Figure 9 shows the current regulation process by the control unit 130, with a positive input voltage Vin, as already described in the post-published document DE
EM-2020-0311 | -25- 10 2020 117 180.3 ausführlich beschrieben ist.EM-2020-0311 | -25- 10 2020 117 180.3 is described in detail.
Entlang der Ordinate ist der über LU102123 den Messwiderstand R1 gemessene Strom aufgetragen.The current measured via LU102123 the measuring resistor R1 is plotted along the ordinate.
Entlang der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen.The time t is plotted along the abscissa.
Der Verlauf des über den Messwiderstand R1 gemessenen Stroms ist mit |, bezeichnet.The course of the current measured via the measuring resistor R1 is denoted by |,.
Die Zeit Ton zum Aufmagnetisieren der Drosselspule L1 wird während der positiven Halbwelle der Eingangs-Wechselspannung konstant gehalten.The time Ton for magnetizing the choke coil L1 is kept constant during the positive half cycle of the AC input voltage.
Während dieser Zeit ist Halbleiterschalter S1 geschlossen und Halbleiterschalter S2 geöffnet.During this time, semiconductor switch S1 is closed and semiconductor switch S2 is open.
Die restliche Zeit des Regelzyklus Tperiode ist variabel ' und dient zum Abmagnetisieren der Drosselspule L1 sowie zum Entladen der | Transistorkapazität Cosss1 von Halbleiterschalter S1 mit dem vorausberechneten | Wert und zum Ausregeln der Abweichungen.The remaining time of the control cycle Tperiod is variable and is used to demagnetize the inductor coil L1 and to discharge the | Transistor capacitance Cosss1 of semiconductor switch S1 with the precalculated | value and for correcting the deviations.
Während der restlichen Zeit von | Tperiode ist der Halbleiterschalter S1 geöffnet und der Halbleiterschalter S2 | geschlossen.During the remainder of | Tperiod the semiconductor switch S1 is open and the semiconductor switch S2 | closed.
Eine Ausregelzeit ist in der Fig. 9 während des zweiten dargestellten Regelzyklus gezeigt und mit Tofset bezeichnet.A settling time is shown in FIG. 9 during the second illustrated control cycle and is denoted by Tofset.
Das entspricht einem Korrekturwert, | um den die nach dem vorhergehenden Regelvorgang vorausberechnete Zeit T periode | korrigiert wird.This corresponds to a correction value, | by which the time T period | is corrected.
In der Fig. 9 ist auch erkennbar, dass die Periode T periode IM Zweiten dargesteliten Regelzyklus entsprechend verkürzt ist.It can also be seen in FIG. 9 that the period T period IM of the second illustrated control cycle is correspondingly shortened.
Denn der vorhergehende Regelvorgang hat ergeben, dass die vorausberechnete Zeit Tperiode doch zu lang ist, weil der gemessene Strom le nicht dem definierten Referenzwert lf entspricht sondern um den Wert lerr(t-1) abweicht und nur durch eine Verkürzung der Periode der Referenzwert If erreicht werden kann.Because the previous control process has shown that the pre-calculated time Tperiod is too long because the measured current le does not correspond to the defined reference value lf but deviates by the value lerr(t-1) and only reaches the reference value If by shortening the period can be.
Im dritten Regelzyklus wird der gewünschte Referenzwert lrer dann tatsächlich erreicht.In the third control cycle, the desired reference value Irer is actually reached.
Dabei sind die Zeitpunkte der Erfassung der Stromwerte durch ein ,+“-Symbol gekennzeichnet.The times when the current values were recorded are marked with a "+" symbol.
Diese Zeitpunkte entsprechen den vorausberechneten und korrigierten Werten für T periode- Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer als integrierter Schaltkreis ausgebildeten Steuereinheit 130 mit der diese Art der Regelung und die damit einhergehende diese Art der Ansteuerung der Halbleiterschalter S1, S2 der Hochsetzsteller- Schaltungsanordnung 100 umgesetzt wird.These points in time correspond to the precalculated and corrected values for T period- FIG. 10 shows a block diagram of a control unit 130 designed as an integrated circuit with which this type of regulation and the associated this type of control of the semiconductor switches S1, S2 of the step-up converter circuit arrangement 100 is implemented will.
Der integrierte Schaltkreis kann in Form eines DSP (digital signal processor), FPGA (field programmable gate array), oder ASIC (application specific integrated circuit) oder mit Hilfe eines Standard Mikrocontrollers und entsprechender Software realisiert werden.The integrated circuit can be implemented in the form of a DSP (digital signal processor), FPGA (field programmable gate array), or ASIC (application specific integrated circuit) or using a standard microcontroller and appropriate software.
Dabei gilt die | Regler-Architektur für den Fall dass die positive Eingangsspannung (Halbwelle) | anliegt. |The | Regulator architecture in the event that the positive input voltage (half-wave) | applied. |
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Mit dem Regler werden die Ansteuersignale CTRL1 und CTRL2 für die LU102123 Halbleiterschalter S1 und S2 der Hochsetzstellerschaltung 120 erzeugt.The control signals CTRL1 and CTRL2 for the LU102123 semiconductor switches S1 and S2 of the step-up converter circuit 120 are generated with the controller.
Das Blockschaltbild enthält die folgenden Komponenten: Mit den Bezugszahlen 131a und 131b sind zwei Subtraktionsstufen bezeichnet.The block diagram contains the following components: Reference numerals 131a and 131b designate two subtraction stages.
In der Stufe 131a wird dieIn stage 131a, the
Ausgangsspannung Vou von der Referenzspannung Vout ref abgezogen.Output voltage Vou subtracted from the reference voltage Vout ref.
Die Ausgangsspannung Vout soll möglichst konstant gehalten werden auf den Wert von 400 V.The output voltage Vout should be kept as constant as possible at the value of 400 V.
Es wird damit in der Subtraktionsstufe 131a die Abweichung von dem Sollwert bestimmt.The deviation from the desired value is thus determined in the subtraction stage 131a.
Je nach Belastung des Schaltnetzgerätes kann die Zwischenkreisspannung von 400 V variieren und es muss nachgeregelt werden.Depending on the load on the switched-mode power supply, the intermediate circuit voltage can vary from 400 V and must be readjusted.
In der Subtraktionsstufe 131b wird von dem festgelegten Referenzwert Ir der aktuell gemessene Strom |, durch den Messwiderstand R1 abgezogen.In the subtraction stage 131b, the currently measured current I, through the measuring resistor R1, is subtracted from the specified reference value Ir.
Wie beschrieben, findet die Messung des Stroms immer zu den vorausberechneten und korrigierten Zeitpunkten statt.As described, the current is always measured at the precalculated and corrected points in time.
Es müssen keine weiteren Strommesswerte erfasst werden.No further current measurement values need to be recorded.
Somit wird in dieser Subtraktionsstufe 131b die jeweilige Abweichung ler von demThus, in this subtraction stage 131b, the respective deviation ler from that
Sollwert lrer bestimmt.Setpoint lr determined.
Das ist die wesentliche Information für die nachfolgende Regelungsstufe 133, in der die Korrektur Tortset für die vorausberechnete Periodendauer Tperiode des Regelzyklus berechnet wird.This is the essential information for the subsequent control stage 133, in which the correction Tortset is calculated for the precalculated period duration Tperiod of the control cycle.
Dafür kann z.B. ein PI- Regler oder PID-Regler benutzt werden.A PI controller or PID controller, for example, can be used for this.
Je nach Anforderung, wie schnell die Differenz ausgeregelt werden soll, kann auch ein anderer Regler eingesetzt werden.Depending on the requirement as to how quickly the difference should be corrected, a different controller can also be used.
Die Regelungsstufe 133 gibt den Korrekturwert Tofset an die nachgeschaltete Master-Timer-Einheit 136 aus.The control stage 133 outputs the correction value Tofset to the downstream master timer unit 136 .
Sie entspricht einer programmierbaren Zeitgeber-Einheit die jeweils nach Ablauf der eingestellten Zeiten ein Ereignis (Event) ausgibt.It corresponds to a programmable timer unit that outputs an event after the set times have elapsed.
Man könnte das Ereignis auch in Form eines generierten Signales ausgeben.The event could also be output in the form of a generated signal.
In der Digitaltechnik kann das Ereignis auch inIn digital technology, the event can also be
Form eines Software-Ereignisses ausgegeben werden, durch das ähnlich, wie bei einem per Software generierten Interrupt eine bestimmte Programmroutine aufgerufen wird.Form of a software event are output, through which a specific program routine is called up similarly to an interrupt generated by software.
In der Master-Timer-Einheit 136 werden die Timer gesetzt, mit denen das Tastverhältnis für die Ansteuersignale CTRL1 und CTRL2 berechnet wird.The timers are set in the master timer unit 136, with which the pulse duty factor for the control signals CTRL1 and CTRL2 is calculated.
Die eigentliche Signalerzeugung geschieht in der PWM-The actual signal generation takes place in the PWM
Signalerzeugungseinheit 139. Um die Ansteuersignale CTRL1 und CTRL2 beide mit dem gewünschten Tastverhältnis erzeugen zu können, wird noch die Information über die vorausberechnete Aufmagnetisierungszeit Ton benötigt.Signal generation unit 139. In order to be able to generate both the control signals CTRL1 and CTRL2 with the desired pulse duty factor, information about the precalculated magnetization time Ton is required.
Diese Information wird von der Regelungsstufe 132 geliefert.This information is provided by the control stage 132.
Diese Zeit wird für die positive Halbwelle konstant gehalten.This time is kept constant for the positive half-wave.
Es handelt sich deshalb um eine Regelstufe, die den StellwertIt is therefore a control stage that controls the control value
EM-2020-0311 - 27 - nur relativ langsam nachregelt. Es hat sich gezeigt, dass dafür sogar ein 10 Hz Pl- LU102123 Regler ausreicht. Die Aufmagnetisierungszeit Ton kann mit Hilfe der Formel ton = Pin * 2x L Vin berechnet werden, die bereits eingangs erläutert wurde. Diese Formel gilt immer dann, wenn der Stromverlauf durch die Drosselspule L1 an der Lückgrenze betrieben wird. Diese Regelungsstufe 132 arbeitet mit der Eingangsinformation über die Differenz zwischen gewünschter Zwischenkreisspannung von z.B. 400 V und der tatsachlich gemessenen Zwischenkreisspannung von der Subtraktionsstufe 131a. Die geregelte Aufmagnetisierungszeit Ton wird einerseits einer zweiten Timer- Einheit 135 zur Verfügung gestellt, die entsprechende Ereignisse ausgibt an die PWM-Signalerzeugungseinheit 139. Andererseits wird die Aufmagnetisierungszeit Ton an eine Berechnungseinheit 134 gegeben, die mit der Formel Tp = = 7 * Ton + Ton die Zeit für die Gesamtlänge von Aufmagnetisierungszeit und der Abmagnetisierungszeit berechnet. Der erste Teil der Formel entspricht dabei der Formel für die Berechnung der Abmagnetisierungszeit tor, die eingangs erwähnt wurde.EM-2020-0311 - 27 - readjusts relatively slowly. It has been shown that even a 10 Hz Pl-LU102123 controller is sufficient for this. The magnetization time Ton can be calculated using the formula ton = Pin * 2x L Vin, which was already explained at the beginning. This formula always applies when the current flow through the choke coil L1 is operated at the gap limit. This control stage 132 works with the input information about the difference between the desired intermediate circuit voltage of e.g. 400 V and the actually measured intermediate circuit voltage from the subtraction stage 131a. The regulated magnetization time Ton is made available to a second timer unit 135, which outputs corresponding events to the PWM signal generation unit 139. On the other hand, the magnetization time Ton is given to a calculation unit 134, which uses the formula Tp = = 7 * Ton + Ton calculates the time for the total length of magnetization time and demagnetization time. The first part of the formula corresponds to the formula for calculating the demagnetization time tor, which was mentioned at the beginning.
Mit der Zustandsmaschine 137 wird der Zustand der Eingangsspannung erfasst.The status of the input voltage is detected with the status machine 137 .
Diese wird mit einem Zeitraster von 25 kHz abgetastet. Die Zustandsmaschine 137 ermittelt, ob die positive Halbwelle vorliegt oder die negative Halbwelle der Eingangsspannung. Der ermittelte Zustand wird an eine Konfigurationseinheit 138 weitergeleitet, die in Abhängigkeit des Zustandes entsprechende Registereinstellungen für die verschiedenen Blôcke des integrierten Schaltkreises 130 vornimmt. Zumindest die PWM-Signalerzeugungseinheit 139 muss umkonfiguriert werden, denn bei negativer Eingangsspannung sind die Funktionen der Halbleiterschalter S1 und S2 vertauscht.This is sampled with a time grid of 25 kHz. The state machine 137 determines whether the positive half cycle or the negative half cycle of the input voltage is present. The state determined is forwarded to a configuration unit 138, which makes corresponding register settings for the various blocks of the integrated circuit 130 depending on the state. At least the PWM signal generation unit 139 has to be reconfigured, since the functions of the semiconductor switches S1 and S2 are reversed when the input voltage is negative.
In den Figuren 11-13 sind drei prinzipielle Regelstrukturen zur Optimierung der der Ansteuerung der Halbleiterschalter S1, S2 der Hochsetzstellerschaltung 120 dargestellt. Mit Hilfe der gezeigten Reglerstrukturen soll der Punkt, an dem die Abmagnetisierung der Induktivität abgeschlossen wird und die Ausfmagnetisierung der Induktivität L1 eingeleitet wird möglichst optimiert eingestellt werden. DabeiIn FIGS. 11-13, three basic control structures for optimizing the control of the semiconductor switches S1, S2 of the step-up converter circuit 120 are shown. With the aid of the regulator structures shown, the point at which the demagnetization of the inductance is completed and the demagnetization of the inductance L1 is initiated should be set as optimally as possible. Included
EM-2020-0311 -28- werden die Halbleiterschalter S1, S2 mittels einer Hauptregelstruktur bzw. einer LU102123 Hauptregelung (Maincontrol) zeitnah innerhalb einer Sinuswelle beispielsweise gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren angesteuert und geschaltet. Gemäß der Erfindung wird nunmehr eine überlagerte Regelung vorgeschlagen, mittels der eine „längerfristige“ Optimierung der Schaltpunkte für ein zero-voltage- switchig gewährleistet werden soll. Dabei wird ein oder werden mehrere ausgewählte betriebsabhängige Parametergrößen messtechnisch erfasst und in Abhängigkeit von deren Entwicklung die überlagerte Regelung zur Optimierung des zero-voltage-switching betrieben. Hierfür ist die Steuereinheit 130 eingerichtet den ersten Halbleiterschalter S1 und/oder den zweiten Halbleiterschalter S2 in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Referenzwert Umain Zu Schalten und den vorbestimmten Referenzwert Umain In Abhängigkeit von zumindest einer betriebsbedingungsabhängigen Parametergröße Pb zu einem neuen Referenzwert U für die Schaltung des ersten Halbleiterschalters S1 und/oder des zweiten Halbleiterschalters S2 zu adaptieren.EM-2020-0311 -28- the semiconductor switches S1, S2 are controlled and switched promptly within a sine wave by means of a main control structure or a LU102123 main control (main control), for example according to one of the methods described above. According to the invention, a superimposed regulation is now proposed, by means of which a “longer-term” optimization of the switching points for zero-voltage switching is to be ensured. One or more selected operation-dependent parameter variables are measured and operated depending on their development, the superimposed control to optimize the zero-voltage switching. For this purpose, control unit 130 is set up to switch the first semiconductor switch S1 and/or the second semiconductor switch S2 as a function of a predetermined reference value Umain and to switch the predetermined reference value Umain as a function of at least one parameter variable Pb dependent on the operating conditions to a new reference value U for switching the first semiconductor switch To adapt S1 and / or the second semiconductor switch S2.
In Figur 11 ist für die Optimierung des Zero-Voltage-Switching eine Reglerstruktur vorgesehen mit einem festen Referenzwert als Führungsgröße. Die Steuereinrichtung (130) ist dabei derart eingerichtet, dass eine FührungsgrôBenregelung auf einen vorbestimmten festen Referenzwert der Parametergré3e Pb, der nicht unterschritten oder nicht überschritten werden darf, durchgeführt wird. Dabei wird die ParametergréRe Pb als Regelgröße y(t) erfasst und zur Verrechnung mit der vorgegebenen Führungsgröße wop(t) für die ParametergréRe Pb, in Form einer Regelabweichung e(t), einem Optimierungsregler Ropt zugeführt. In Abhängigkeit von der erzeugten Optimierungs-StellgrôBe(Ucp:(t) erfolgt dann eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 und/oder des zweiten Halbleiterschalters S2.In FIG. 11, a controller structure is provided for the optimization of the zero-voltage switching, with a fixed reference value as a reference variable. The control device (130) is set up in such a way that a control of the command variable is carried out to a predetermined fixed reference value of the parameter size Pb, which must not be fallen below or exceeded. The parameter value Pb is recorded as a controlled variable y(t) and supplied to an optimization controller Ropt for offsetting with the specified reference variable wop(t) for the parameter value Pb in the form of a control deviation e(t). The first semiconductor switch S1 and/or the second semiconductor switch S2 is then actuated as a function of the generated optimization manipulated variable (Ucp:(t).
In Figur 12 ist für die Optimierung des Zero-Voltage-Switching eine Reglerstruktur | vorgesehen mit einem minimalen oder maximalen Zielwert vorgesehen. Hier wird dementsprechend die Information der Änderung der MessgréRe (bzw. der gemessenen Stellgröße y(t)) zugrunde gelegt. Die Steuereinrichtung 130 ist dabei derart eingerichtet, dass eine FührungsgrôBenregelung auf einen variablenIn FIG. 12, a controller structure | provided with a minimum or maximum target value. Accordingly, the information on the change in the measured variable Re (or the measured manipulated variable y(t)) is used here as a basis. The control device 130 is set up in such a way that a control variable is based on a variable
| EM-2020-0311 -29- Referenzwert der Parametergrôfse Pb in Abhängigkeit von der Änderung der die LU102123 Parametergrôfe Pb abbildenden gemessenen Regelgrôfse y(t) durchzuführen, wobei die RegelgrôRe y(t) erfasst wird und die RegelgrôRe y(t) des aktuellen Schaltzyklus Tperiode der Halbleiterschaiter S1, S2 als vorgegebene FührungsgrôBe Wopt(t) zur Verrechnung mit der RegelgrôRe y(t) aus dem vorherigen Schaltzyklus Tperiode(t-1) in Form eines FührungsgrôRenwertes für die Parametergréfie Pb in Form einer Regelabweichung e(t) einem Optimierungsregler Ropt Zugeführt wird, und in Abhängigkeit von der erzeugten Optimierungs-StellgrôBe Uopr(t) eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 und/oder des zweiten Halbleiterschalters S2 erfolgt. In Figur 13 ist für die Optimierung des Zero-Voltage-Switching eine ,Reglerstruktur“ vorgesehen bei der die FührungsgrôRe in Abhängigkeit von der gemessenen Regelgröße y(t) aus einer FührungsgrôRentabelle FGT ausgewählt wird. Die Steuereinrichtung 130 ist dabei derart eingerichtet, dass in Abhängigkeit von der die Parametergrôfe abbildenden gemessenen Regelgrôfe y(t) aus einer FührungsgrôfRentabelle FGT, in der eine Mehrzahl von experimentell oder rechnerisch ermittelten arbeitspunktabhängigen Modeli-FührungsgrôBen (w'(t)) hinterlegt sind, eine optimierte Modell-FührungsgrôBe w'(t) in Abhängigkeit von der gemessenen RegelgrôfBe ym1(t) … ymx(t) zu ermitteln, und in Abhängigkeit von der ermittelten optimierten Modell-FührungsgrôRBe w‘(t) eine Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 und/oder des zweiten Halbleiterschalters S2 zu ermöglichen. Die grundlegende Idee eine Optimierung eines zero-voltage-switching durch eine überlagerte Regelstruktur gemäß den Figuren 11-13 liegt darin begründet, die Regelwerte anhand der überlagerten Regelungen zu ändern. Beispielsweise können hierfür folgende betriebsabhängige Parametergrößen herangezogen werden:| EM-2020-0311 -29- reference value of the parameter size Pb as a function of the change in the measured control variable y(t) mapping the LU102123 parameter size Pb, whereby the controlled variable Re y(t) is detected and the controlled variable Re y(t) of the current switching cycle Tperiod of the semiconductor switches S1, S2 as a specified command variable Wopt(t) for offsetting with the controlled variable Re y(t) from the previous switching cycle Tperiod(t-1) in the form of a command variable value for the parameter variable Pb in the form of a control deviation e(t) an optimization controller Ropt is supplied, and the first semiconductor switch S1 and/or the second semiconductor switch S2 is driven as a function of the generated optimization manipulated variable Uopr(t). In FIG. 13, a “controller structure” is provided for the optimization of the zero-voltage switching, in which the command variable is selected from a command variable table FGT as a function of the measured controlled variable y(t). The control device 130 is set up in such a way that, depending on the measured control variable y(t) representing the parameter variable, from a reference variable table FGT, in which a plurality of experimentally or arithmetically determined operating-point-dependent model reference variables (w′(t)) are stored, to determine an optimized model reference variable Be w'(t) depending on the measured control variable Be ym1(t) ... ymx(t), and depending on the determined optimized model reference variable Be w'(t) driving the first semiconductor switch S1 and / or to allow the second semiconductor switch S2. The basic idea of optimizing zero-voltage switching using a superimposed control structure according to FIGS. 11-13 is based on changing the control values using the superimposed controls. For example, the following operational parameters can be used for this:
1. Regelung auf Drain-Sourcespannung Vos Mit Verfahren 1 (gemäß Figur 11) gilt: y(t) = Vos(t); Wopt = Vbs_ref1. Regulation to drain-source voltage Vos With method 1 (according to FIG. 11) the following applies: y(t)=Vos(t); Wopt = Vbs_ref
EM-2020-0311 - 30 -EM-2020-0311 - 30 -
2. Regelung auf die Anderung der Drain-Sourcespannung Vos LU102123 Mit Verfahren 2 (gemäB Figur 12) gilt: y(t) = Vos(t);2. Regulation to the change in the drain-source voltage Vos LU102123 With method 2 (according to FIG. 12) the following applies: y(t)=Vos(t);
3. Regelung auf Referenz Bauteiltemperatur 9ret ret Mit Verfahren 1 (gemaf Figur 11) gilt: y(t) = SFET rer(t); Wopt = DFET ref3. Regulation to reference component temperature θret ret With method 1 (according to FIG. 11), the following applies: y(t)=SFET rer(t); Wopt = DFET ref
4. Trackingregelung auf minimale Bauteiltemperatur Ser Mit Verfahren 2 unter Betrachtung von Figur 12 gilt y(t) = Sret(t)4. Tracking control to minimum component temperature Ser With method 2 considering Figure 12, y(t) = Sret(t) applies
5. Trackingregelung auf maximalen Wirkungsgrad Nmax Mit Verfahren 2 unter Betrachtung von Abbildung 12 gilt y(t) =n (t)5. Tracking control to maximum efficiency Nmax With method 2 considering Figure 12, y(t) =n (t) applies
6. Regelung auf Referenz Wirkungsgrad Nnref Mit Verfahren 1 unter Betrachtung von Figur 11 gilt y(t) = n(t); Wopt = Nref6. Regulation to reference efficiency Nnref With method 1 considering FIG. 11, y(t)=n(t) applies; wopt = nref
7. Regelung auf Referenz Verlustleistung Pv Mit Verfahren 1 unter Betrachtung von Figur 11 gilt y(t) = Pv(t); Wopt= Pv_ref.7. Regulation to reference power loss Pv With method 1 considering FIG. 11, y(t)=Pv(t) applies; Wopt= Pv_ref.
8. Trackingregelung auf minimale Verlustleistung Pv Mit Verfahren 2 unter Betrachtung von Figur 12 gilt y(t) = Pv(t)8. Tracking control for minimum power loss Pv With method 2 considering Figure 12, y(t) = Pv(t) applies
9. Arbeitspunktabhängiges Steuern der Schaltschwelle Die SystemgrôBen wurden zuvor experimentell ermittelt, bei denen möglichst verlustarm geschaltet wird. Die Kenntnisse werden in eine LookUp-Table abgelegt, die dann bei entsprechend der gemessenen Größen die richtige Regelgröße ausgibt. Mit Verfahren 3 unter Betrachtung von Abbildung 13 gilt Yma(t) = Vin(t);9. Control of the switching threshold as a function of the operating point The system variables were previously determined experimentally, at which switching is as low-loss as possible. The knowledge is stored in a look-up table, which then outputs the correct controlled variable based on the measured variables. With Method 3 considering Figure 13, Yma(t) = Vin(t);
EM-2020-0311 | -31- Yumz(t) = Vout(t); LU102123 Yma(t) = lin(t); Yma(t) = lout(t); Yms(t) = Srer(t) Yme(t) = Dambient(t) Ymz(t) = Vos(t) Es können dabei alle vorstehend angegebenen ParametergrôBen angewendet werden, aber auch nur eine oder noch zusätzliche nicht hier aufgeführte Größen, die dem System durch Messungen vorliegen.EM-2020-0311 | -31- Yumz(t) = Vout(t); LU102123 Yma(t) = lin(t); Yma(t) = lout(t); Yms(t) = Srer(t) Yme(t) = Dambient(t) Ymz(t) = Vos(t) All of the parameter values given above can be used, but also only one or additional values not listed here, the available to the system through measurements.
Die Anpassung anhand dieser Optimierungsverfahren kann in verschiedenen Kontrollverfahren für Hochsetzstellerschaltungen angewendet werden.The adjustment based on these optimization methods can be used in various control methods for boost converter circuits.
Also nicht nur in den hier / beispielhaft angegebenen aus den nicht vorveröffentlichten Anmeldungen. | Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt.So not only in the examples given here / from the non-prepublished applications. | The invention is not limited to the embodiments shown in the figures.
Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen.The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative.
Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist.The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention.
Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus.This does not exclude the presence of other features.
Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‘erste’ und ‘zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.
EM-2020-0311 | -32- Bezugszeichenliste LU102123 10 aktive PFC-Schaltung 20 Gleichstromsteller 30 Leistungsübertragungsstufe 40 Glattungsstufe 50 Regelstufe 60 Potenzialtrennung 70 Steuerung 100 Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung 110 Gleichrichter- oder Polwenderschaltung 120 Zweischalter-Hochsetzstellerschaltung P1 Pfad 1 P2Pfad 2 130 Steuereinheit 131a Subtraktionsstufe 131b Komparator 132 Regelungsstufe/Spannungsregler 133 Timer 134 Berechnungseinheit 135 weitere Zeitgebereinheit 136 Zeitgebereinheit 137 Eingangswechselspannungs-Erfassungseinheit 138 Konfigurationseinheit 139 PWM-Signalerzeugungseinheit C1 Siebkondensator CTRL1 Ansteuersignal (Halbleiterschalter 1) CTRL2 Ansteuersignal (Halbleiterschalter 1) CTRL3 Ansteuersignal (als Halbleiterschalter ausgebildetes Halbleiterelement 3) CTRLA4 Ansteuersignal (als Halbleiterschalter ausgebildetes Halbleiterelement 4)EM-2020-0311 | -32- List of reference symbols LU102123 10 active PFC circuit 20 DC converter 30 power transmission stage 40 smoothing stage 50 control stage 60 electrical isolation 70 controller 100 boost converter circuit arrangement 110 rectifier or pole reversing circuit 120 two-switch boost converter circuit P1 path 1 P2 path 2 130 control unit 131a subtraction stage 131b regulation stage/voltage regulator stage 132 comparator 133 timer 134 calculation unit 135 further timer unit 136 timer unit 137 AC input voltage detection unit 138 configuration unit 139 PWM signal generation unit C1 filter capacitor CTRL1 control signal (semiconductor switch 1) CTRL2 control signal (semiconductor switch 1) CTRL3 control signal (semiconductor element 3 designed as a semiconductor switch) CTRLA4 control signal (semiconductor element 4 designed as a semiconductor switch )
EM-2020-0311 | -33- D Diode LU102123 D1, D2 Gleichrichter-Diode Coss Transistorkapazität lb gemessener Strom ler Abweichung vom Solistrom IL Spulenstrom Iret Stromreferenzwert L1 Drosselspule S1, S2, S3, S4 Halbleiterschalter SNG Schaltnetzgerät fon, Ton Aufmagnetisierungszeit tof, Tor Abmagnetisierungszeit Tper_correct Korrekturwert Tperiode Schaltzykluszeit/Periodendauer ACin Eingangsspannungsquelle/Wechselspannung DCin Eingangsspannungsquelle/Gleichspannung Vin Eingangsspannung Vout Ausgangsspannung Vout _ref Referenzwert der AusgangsspannungEM-2020-0311 | -33- D Diode LU102123 D1, D2 Rectifier diode Coss Transistor capacitance lb Measured current ler Deviation from target current IL Coil current Iret Current reference value L1 Choke coil S1, S2, S3, S4 Semiconductor switch SNG Switching power supply fon, Ton Magnetization time tof, Tor demagnetization time Tper_correct Correction value Tperiod Switching cycle time/ Period duration ACin Input voltage source/AC voltage DCin Input voltage source/DC voltage Vin Input voltage Vout Output voltage Vout _ref Reference value of the output voltage
Claims (13)
Priority Applications (1)
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Effective date: 20220411 |