DE19635355A1 - Clocked power converter control circuit, especially for lamp inverter - Google Patents

Clocked power converter control circuit, especially for lamp inverter

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Abstract

The circuit has the component (5) of a trigger unit (4) determining the switching frequency connected by a network (6) to a source (1) with a time-variable voltage. Thus at every instant, a dependency of the instantaneous switching frequency upon the instantaneous value of the source arises. Also, the network effects a phase shift between the input voltage (7) and the output voltage or current (8). The above-mentioned component is constructed as a voltage- or current-controlled oscillator and the output of the network is applied to the input of the oscillator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von getakteten Energiewandlern, beispielsweise Schaltnetzteile, selbstgeführte Umrichter und Lampenvorschaltgeräte, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for controlling clocked energy converters, for example, switching power supplies, self-commutated converters and lamp ballasts, accordingly the preamble of claim 1.

Für die Erzeugung der Schaltfrequenz in derartigen Energiewandlern wird ein Oszillator benötigt, der ein Signal der Schaltfrequenz (oder einem Vielfachen hiervon) abgibt. Wie beispielsweise in "Unitrode Product & Applications Handbook 1995-1996" u. a. in der Application Note U-93 (510-9 ff.) beschrieben, wird üblicherweise ein Pulsweitenmodulator eingesetzt, bei dem das Ausgangssignal einer Regelstrecke mit einer schaltfrequenten Sägezahn- oder Dreieckspannung verglichen wird. Diese, frequenzkonstante, Dreieckspannung wird beispielsweise erzeugt, indem ein Kondensator über eine (einstellbare) Stromquelle bis auf einen oberen Schwellwert geladen wird; bei Erreichen des oberen Schwellwerts wird eine weitere, stärkere Stromquelle aktiviert, die den Kondensator entlädt, bis ein unterer Schwellwert erreicht ist, bei der die zweitgenannte Stromquelle wieder deaktiviert wird.An oscillator is required to generate the switching frequency in such energy converters outputs a signal of the switching frequency (or a multiple thereof). As for example in "Unitrode Product & Applications Handbook 1995-1996 ", inter alia in Application Note U-93 (510-9 ff.) described, a pulse width modulator is usually used, in which the output signal a controlled system is compared with a switching frequency sawtooth or triangle voltage. This, constant frequency, triangular voltage is generated, for example, by a capacitor is charged via an (adjustable) current source up to an upper threshold value; when reaching the upper threshold, another, stronger current source is activated, which discharges the capacitor, until a lower threshold is reached, at which the second-mentioned power source is deactivated again.

Der Nachteil dieser Lösung ist, daß durch die konstante Schaltfrequenz das Spektrum der Funkstörspannungen bei der Schaltfrequenz und ihren ganzzahligen Vielfachen hohe Spitzen aufweist, die zur Erfüllung gesetzlicher EMV-Regeln gefiltert werden müssen.The disadvantage of this solution is that the spectrum of the Radio interference voltages at the switching frequency and their integer multiples high peaks which must be filtered to comply with legal EMC rules.

In "An AC-DC converter with low input distortion and near unity power factor" von M.J. Willers u. a. (European Power Electronics Conference Proceedings ′93 Vol. 4. S. 1ff) ist eine Lösung beschrieben, durch Modulation der Schaltfrequenz die Funkstörspannungen insgesamt zu reduzieren. Die Modulation erfolgt hier mittels eines zusätzlichen Oszillators, der jeweils beim Nulldurchgang der Netzspannung auf einen definierten Wert gesetzt wird. Eine weitere Beeinflussung der Schaltfrequenz durch die Netzspannung ist nicht gegeben.In "An AC-DC converter with low input distortion and near unity power factor" by M.J. Willers et al. a. (European Power Electronics Conference Proceedings ′93 Vol. 4. p. 1ff) describes a solution to reduce the radio interference voltages overall by modulating the switching frequency. The Modulation takes place here by means of an additional oscillator, which in each case at the zero crossing of the Mains voltage is set to a defined value. Another influence on the switching frequency due to the mains voltage is not given.

In der Applikationsschrift von SGS-Thomson "Frequency Modulation on L4981 B" (AN833/0795) ist ein Ansteuerbaustein für eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung beschrieben, der u. a. einen Schaltungsteil zur Frequenzmodulation enthält. Hier wird die gleichgerichtete Netzspannung mit einem Dividierer durch den Effektivwert geteilt; der Ausgangsstrom des Dividierers reduziert über eine Subtrahierschaltung den Ladestrom des frequenzbestimmenden Kondensators. Damit ist bei der Amplitude der Netzspannung die Schaltfrequenz minimal mit einem flachen Verlauf.In the SGS-Thomson application specification "Frequency Modulation on L4981 B" (AN833 / 0795) a control module for a power factor correction circuit described, the u. a. one Circuit part for frequency modulation contains. Here the rectified mains voltage with a Divider divided by the effective value; the output current of the divider is reduced by one Subtracting the charging current of the frequency-determining capacitor. So that is with the Amplitude of the mains voltage, the switching frequency minimal with a flat course.

Die Erfindung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben, sowie die oben beschriebenen Lösungen müssen abgegrenzt werden zu Energiewandlerkonzepten mit Laststeuerung über die Variation der Schaltfrequenz, wie sie beispielsweise in "Unitrode Product & Applications Handbook 1995-1996" u. a. in der Application Note U-1 38 (S10-363 ff.) beschrieben sind.The invention as specified in the preamble of claim 1, as well as those described above Solutions must be differentiated from energy converter concepts with load control via the Variation of the switching frequency, as described, for example, in "Unitrode Product & Applications Handbook 1995-1996 "and others are described in Application Note U-1 38 (S10-363 ff.).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen getakteten Energiewandler mit einer möglichst kostengünstigen Schaltung zu versehen, die den Energiewandler so ansteuert, daß das Spektrum der Funkstörspannungen am Netzeingang möglichst gleichmäßig ohne Spitzen verläuft.The object of the invention is a clocked as specified in the preamble of claim 1 To provide energy converters with a circuit that is as cost-effective as possible, which is the energy converter controlled so that the spectrum of radio interference voltages at the network input is as uniform as possible runs without peaks.

Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, daß es zur Lösung der gestellten Aufgabe zweckmäßig ist, den Energiewandler mit einer veränderlichen Schaltfrequenz anzusteuern und die dabei die momentane Schaltfrequenz vom Wert einer netzfrequenten Größe abhängig zu machen, wodurch sich eine Modulationsfrequenz in Höhe der Netzfrequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ergibt. Darüber hinaus ist es sinnvoll, die Schaltung so aufzubauen, daß die Veränderungsgeschwindigkeit der Frequenz im Strommaximum, das etwa beim Spannungsmaximum auftritt, maximal wird.Considerations within the scope of the invention have shown that it is to achieve the object it is expedient to control the energy converter with a variable switching frequency and the making the current switching frequency dependent on the value of a mains frequency variable, which results in a modulation frequency equal to the network frequency or an integer Multiples of this results. In addition, it makes sense to set up the circuit so that the Rate of change of the frequency at the current maximum, which is approximately at the voltage maximum occurs, maximum.

Folgende Vorteile bieten der unter Patentansprüche beschriebene Hauptanspruch und die zugehörigen Unteransprüche:The following advantages offer the main claim described in the claims and the associated subclaims:

Zu Anspruch 1: Es werden durch Modulation der Schaltfrequenz die Funkstörspannungen reduziert, ohne daß hierfür ein aufwendiger zusätzlicher Oszillator für die Generierung der Modulationsfrequenz erforderlich ist; es wird vielmehr die Variation einer Versorgungsspannung während einer Netzperiode zur Veränderung der Schaltfrequenz genutzt. Dabei ist sinnvoll, daß Netzwerk so auszuführen, daß die Veränderungsgeschwindigkeit der Schaltfrequenz im Strommaximum maximal ist. Dies kann durch eine Phasenverschiebung vorzugsweise um ca. 90° der schaltfrequenzbestimmenden Spannung, bzw. des schaltfrequenzbestimmenden Stromes, gegenüber der Spannung der Quelle erfolgen.Regarding claim 1: The radio interference voltages are reduced by modulating the switching frequency, without a complex additional oscillator for generating the modulation frequency is required; it is rather the variation of a supply voltage during a network period used to change the switching frequency. It makes sense to run the network in such a way that the rate of change of the switching frequency is maximum at the current maximum. This can be done by a phase shift preferably by approximately 90 ° of the switching frequency-determining voltage, or the switching frequency determining current, compared to the voltage of the source.

Zu Anspruch 2: Ein VCO setzt eine Eingangsspannung, bzw. einen Eingangsstrom, in eine von der Eingangsgröße abhängige Frequenz um, wobei hier auch Bauformen mit Variation der Ausgangsfrequenz innerhalb eines nach oben und unten begrenzten Bandes bekannt sind.To claim 2: A VCO sets an input voltage, or an input current, in one of the Frequency dependent on the input variable, here also designs with variation of the Output frequency within an upper and lower bound band are known.

Zu Anspruch 3: Es handelt sich um eine einfache Form einer Anpaßschaltung zur Ansteuerung eines VCO.Regarding claim 3: It is a simple form of a matching circuit for controlling a VCO.

Zu Anspruch 4: Durch die Gleichrichtung wird eine wellige Gleichspannung von doppelter Netzfrequenz generiert und damit eine bezüglich der Netzhalbwellen symmetrische Modulation bewirkt.To claim 4: The rectification makes a rippled DC voltage double Grid frequency generated and thus a symmetrical with respect to the network half-waves modulation causes.

Zu Anspruch 5: Durch Verwendung von RC-Gliedern wird eine Phasenverschiebung hervorgerufen. To claim 5: By using RC elements, a phase shift is caused.  

Zu Anspruch 6: Durch Aufschaltung einer zusätzlichen Gleichspannung kann eine beispielsweise durch Verschiebung der Eingangsspannung entstehende negative Gleichspannung am Ausgang verhindert werden.To claim 6: By applying an additional DC voltage, for example negative DC voltage at the output caused by shifting the input voltage be prevented.

Zu Anspruch 7: Durch einen Verstärker kann eine Anpassung erfolgen; weiterhin kann durch eine geeignete Beschaltung des Verstärkers, beispielsweise als Integrator für den Wechselspannungs­ anteil oder als Differentiator, eine Phasenverschiebung zwischen Ausgangsspannung des Netzwerks und Oszillator bewirkt werden.Regarding claim 7: an amplifier can be used for adaptation; can continue through a suitable wiring of the amplifier, for example as an integrator for the AC voltage part or as a differentiator, a phase shift between the output voltage of the network and oscillator can be effected.

Zu Anspruch 8: Durch den Einsatz des Dividierers wird der Einfluß einer bezüglich des Effektivwerts veränderlichen Spannung der Quelle eliminiert.Regarding claim 8: By using the divider, the influence becomes one with respect to the effective value variable source voltage eliminated.

Zu Anspruch 9: Der Widerstand bewirkt eine Aufschaltung einer Gleichspannung entsprechend Anspruch 7, wobei die Spannung am Kondensator als Gleichspannungsquelle genutzt wird. Hiermit wird auch für die Aufschaltung der Effekt eines veränderlichen Effektivwerts der Quelle eliminiert.Regarding claim 9: The resistor causes a DC voltage to be applied accordingly Claim 7, wherein the voltage on the capacitor is used as a DC voltage source. Herewith the effect of a variable rms value of the source is also eliminated for the connection.

Zu Anspruch 10: Durch eine stromabhängige Modulation kann eine Anpassung der Modulation an unterschiedliche Lastverhältnisse erfolgen und damit der Einfluß einer veränderlichen Amplitude der Netzspannung eliminiert werden.Regarding claim 10: A current-dependent modulation can be used to adapt the modulation to different load conditions occur and thus the influence of a variable amplitude of the Mains voltage can be eliminated.

Zu Anspruch 11: Die insbesondere bei direkter Shuntmessung meist niedrigen Ausgangspegel einer Stromerfassung können über eine Verstärkerschaltung angehoben werden.Regarding claim 11: The mostly low output level of one, especially with direct shunt measurement Current detection can be increased via an amplifier circuit.

Zu Anspruch 12: Die bei üblichen Schaltregler-IC angewandte Oszillatorschaltung verhält sich als VCO, wenn man den Kondensator parallel aus der Ladeeinrichtung des IC und der eingangsspannungsabhängigen Modulationsspannung auflädt. Die Modulation erfolgt hier über Veränderung eines Eingangsstromes.To claim 12: The oscillator circuit used in conventional switching regulator IC behaves as VCO if you put the capacitor in parallel from the charger of the IC and the charging modulation voltage. The modulation is done here Change an input current.

Zu Anspruch 13: Durch ein strombegrenzendes Element wird der Bereich der Schaltfrequenz eingestellt.Regarding claim 13: The range of the switching frequency is determined by a current-limiting element set.

Zu Anspruch 14: Der Einsatz einer spannungsabhängigen Stromquelle bewirkt eine Linearisierung der Schaltfrequenz in Abhängigkeit der Ausgangsspannung des Netzwerks.Regarding claim 14: The use of a voltage-dependent current source brings about a linearization of the Switching frequency depending on the output voltage of the network.

Zu Anspruch 15: Durch Überlagerung mehrerer Größen, beispielsweise Netzstrom und Netzspannung, können last- und netzspannungsabhängige Veränderungen ausgeglichen werden. Regarding claim 15: by superimposing several variables, for example mains current and Mains voltage, changes depending on load and mains voltage can be compensated.  

Zu Anspruch 16: Die Anwendung ist auch möglich bei Einsatz mehrerer Energiewandler, beispielsweise bei PFC mit nachgeschaltetem DC/DC-Wandler.Regarding claim 16: The application is also possible when using several energy converters, for example with PFC with a downstream DC / DC converter.

Zu Anspruch 17: Durch synchronisierte Ansteuerung werden Interferenzen vermieden.Regarding claim 17: Interferences are avoided by synchronized control.

Zu Anspruch 18: Durch phasenverschobene Schaltzeitpunkte werden schaltfrequente Oberschwingungen reduziert (Überlagerung bewirkt Verminderung)Regarding claim 18: Switching frequencies become switching frequencies due to phase-shifted switching times Harmonics reduced (superposition causes reduction)

Zu Anspruch 19: Optimal ist im Regelfall bei Ansteuerung mehrerer Energiewandler die gleichmäßige Phasenversetzung.Regarding claim 19: As a rule, the uniformity is optimal when controlling several energy converters Phase shift.

Zu Anspruch 20: Zur Erzielung einer symmetrischen Modulation bei n-phasigen Netzen wird eine Modulationsspannung mit einer Frequenz von 2*m*fN erzeugt.Regarding claim 20: To achieve symmetrical modulation in n-phase networks, a modulation voltage with a frequency of 2 * m * f N is generated.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von acht Abbildungen beispielsweise näher beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to eight figures.

Es zeigenShow it

Fig. 1 Prinzipschaltbild (als Blockschaltplan), Fig. 1 is a basic diagram (as a block diagram),

Fig. 2 Ausführungsbeispiel eines Netzwerks zwischen Netz und Oszillator, Fig. 2 embodiment of a network between the network and the oscillator,

Fig. 3 Ausführungsbeispiel mit zusätzlichem Verstärker, Fig. 3 embodiment, with additional amplifier,

Fig. 4 Ausführungsbeispiel mit Dividierer, Fig. 4 embodiment with divider,

Fig. 5 Ausführungsbeispiel mit Nutzung des netzseitigen Stroms als netzfrequenzabhängige Größe, Fig. 5 embodiment with use of the network-side current as a mains frequency-dependent variable,

Fig. 6 Ausführungsbeispiel mit Anschluß des Netzes an einen spannungsgesteuerten Oszillator, Fig. 6 embodiment with the network terminal to a voltage controlled oscillator,

Fig. 7 Ausführungsbeispiel für den Anschluß mehrerer Energiewandler, Fig. 7 embodiment for the connection of several power converter,

Fig. 8 Ausführungsbeispiel für dreiphasigen Anschluß. Fig. 8 embodiment for three-phase connection.

Fig. 1 ist eine Grunddarstellung des Prinzips. Ein getakteter Energiewandlers (2), beispielsweise ein DC/DC-Wandler oder ein Steller zur Erzeugung eines Eingangsstroms mit vorgegebener Stromkurvenform speist eine Last (3). Versorgt wird der Wandler (2) aus einem Netz (1) mit im Millisekundenbereich veränderlicher Eingangsspannung, beispielsweise einem Wechselstromnetz. Zur Ansteuerung wird eine Steuerschaltung (4) eingesetzt, die u. a. einen Oszillator (5), enthält. Die Frequenz des Oszillators (5) ist abhängig von einer Spannung oder einem Strom am Eingang; dies wird realisiert beispielsweise durch einen Kondensator, der eingangsabhängig geladen wird und bei Erreichen eines bestimmten Schwellwerts auf einen anderen Wert entladen wird. An den Eingang des Oszillators (5) ist, evtl. zusätzlich zu einer internen Spannung der Steuerschaltung (4), die Ausgangsspannung (8) eines Anpaßnetzwerks 6 geführt, dessen Eingang (7) mit dem Netz (1) verbunden ist. Das Anpaßnetzwerk (6) formt, beispielsweise durch Gleichrichtung, Widerstandsteilung, Verstärkung oder Phasenverschiebung über Kondensatoren und Widerstände die Eingangsspannung in eine andere, angepaßte Spannung um, die über die ganze Periode in ihrem Verlauf abhängig von der Eingangsspannung ist und sich während einer Periode kontinuierlich verändert. Da die Frequenz des Oszillators (4) vom Momentanwert der Spannung am Ausgang (8) abhängig ist, ergibt sich eine kontinuierliche Veränderung der Taktfrequenz des Energiewandlers (2) mit einer Modulationsfrequenz abhängig von der Spannung am Ausgang (8) des Netzwerks (6). Fig. 1 is a basic illustration of the principle. A clocked energy converter ( 2 ), for example a DC / DC converter or an actuator for generating an input current with a predetermined current curve shape, feeds a load ( 3 ). The converter ( 2 ) is supplied from a network ( 1 ) with an input voltage that varies in the millisecond range, for example an AC network. For control purposes, a control circuit ( 4 ) is used, which contains, among other things, an oscillator ( 5 ). The frequency of the oscillator ( 5 ) depends on a voltage or a current at the input; This is implemented, for example, by a capacitor which is charged depending on the input and is discharged to another value when a certain threshold value is reached. In addition to an internal voltage of the control circuit ( 4 ), the output voltage ( 8 ) of a matching network 6 , the input ( 7 ) of which is connected to the network ( 1 ), is connected to the input of the oscillator ( 5 ). The matching network ( 6 ), for example by rectification, resistance division, amplification or phase shift via capacitors and resistors, converts the input voltage into another, adapted voltage which is dependent on the input voltage over the entire period and changes continuously during a period . Since the frequency of the oscillator ( 4 ) depends on the instantaneous value of the voltage at the output ( 8 ), there is a continuous change in the clock frequency of the energy converter ( 2 ) with a modulation frequency depending on the voltage at the output ( 8 ) of the network ( 6 ).

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das Netzwerk (6). Die Spannung am Eingang (7) wird zunächst über die Gleichrichterbrücke (10), bestehend aus 4 Dioden (11, 12, 13,14), wobei die Dioden (13, 14) gleichzeitig Teil des Gleichrichters für den Leistungsteil sein können, gleichgerichtet, wodurch sich eine wellige Gleichspannung mit der doppelten Netzfrequenz ergibt. Damit ist eine Symmetrie für die Netzhalbwellen gewährleistet. Die Impedanzen (21, 22) setzen die u. U. hohe Spannung am Eingang (7) in eine niedrige Spannung für die Elektronik um; die Impedanz (23) begrenzt den Strom am Ausgang (8). Prinzipiell kann auf die Impedanz (22) verzichtet werden; die Impedanz (23) kann kurzgeschlossen sein. Im einfachsten Fall ist lediglich die Impedanz (21) vorhanden, ausgeführt beispielsweise als Kondensator, dessen Strom von der Veränderungsgeschwindigkeit der Eingangsspannung abhängig ist und damit die Phasenverschiebung bewirkt. Die Impedanzen (21, 22) können realisiert sein als Parallelschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand; auch damit wird eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung am Eingang (7) und der Spannung am Ausgang (8) bewirkt und somit die erwünschte hohe Veränderungsgeschwindigkeit im Spannungsmaximum erreicht. Der parallelgeschaltete Widerstand ist zur Entladung des Kondensators der Impedanzen (21, 22) zweckmäßig. Die Diodenbrücke (11, 12, 13, 14) kann im Fall der Vorschaltung einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung auch die Funktion der Gleichrichtung für die Versorgung des Leistungsteils (2) übernehmen. Zusätzlich ist hier eingezeichnet die Aufschaltung einer Gleichspannung (25) über einen Widerstand (24); diese Quelle liefert einen Strom, der einen möglichen in den Ausgang (8) hineinfließenden Strom, der beispielsweise bei der Entladung eines Kondensators auftreten kann, zumindest kompensiert. Damit wird eine negative Spannung oder ein negativer Strom am Eingang (5) verhindert. Fig. 2 shows an embodiment for the network ( 6 ). The voltage at the input (7) is first, via the rectifier bridge (10), consisting of 4 diodes (11, 12, 13,14), said diodes (13, 14) at the same time may be of the rectifier for the power part, rectified, which results in a wavy DC voltage with twice the mains frequency. This ensures symmetry for the network half-waves. The impedances ( 21 , 22 ) set the u. U. high voltage at the input ( 7 ) in a low voltage for the electronics around; the impedance ( 23 ) limits the current at the output ( 8 ). In principle, the impedance ( 22 ) can be dispensed with; the impedance ( 23 ) can be short-circuited. In the simplest case, only the impedance ( 21 ) is present, designed for example as a capacitor, the current of which is dependent on the rate of change of the input voltage and thus causes the phase shift. The impedances ( 21 , 22 ) can be implemented as a parallel connection of a capacitor with a resistor; this also causes a phase shift between the voltage at the input ( 7 ) and the voltage at the output ( 8 ), thus achieving the desired high rate of change in the voltage maximum. The parallel resistor is useful for discharging the capacitor of the impedances ( 21 , 22 ). The diode bridge ( 11 , 12 , 13 , 14 ) can also perform the function of rectification for the supply of the power section ( 2 ) in the case of a power factor correction circuit. In addition, the connection of a DC voltage ( 25 ) via a resistor ( 24 ) is shown here; this source supplies a current which at least compensates for a possible current flowing into the output ( 8 ), which can occur, for example, when a capacitor is discharged. This prevents a negative voltage or a negative current at the input ( 5 ).

Sofern als Impedanzen (21, 22, 23) ausschließlich Widerstände vorgesehen werden, erfolgt eine Modulation der Schaltfrequenz ohne Phasenverschiebung zwischen zwischen Spannung der Quelle (1) und Ausgang (8) des Netzwerks (6); die Veränderungsgeschwindigkeit der Schaltfrequenz ist in diesem Fall im Strommaximum minimal.If only resistances are provided as impedances ( 21 , 22 , 23 ), the switching frequency is modulated without a phase shift between the voltage of the source ( 1 ) and output ( 8 ) of the network ( 6 ); the rate of change of the switching frequency is minimal in this case in the current maximum.

Fig. 3 zeigt die Erweiterung der Schaltung nach Fig. 2 um einen gegengekoppelten Verstärker. Bei entsprechender Beschaltung durch zweckmäßige Bestimmung der Impedanzen (32, 33) entsprechend den bekannten Vorschlägen zur Beschaltung von Operationsverstärkern, beispielsweise als Integrator für den Wechselspannungsanteil oder als Differentiator, kann über diesen Verstärker neben einer Spannungsanpassung auch eine Phasenverschiebung zwischen Spannung am Eingang des Verstärkers (34) und Spannung, bzw. Strom am Eingang des Oszillators (5) bewirkt werden. Fig. 3 shows the expansion of the circuit of FIG. 2 by a negative feedback amplifier. With appropriate wiring by appropriately determining the impedances ( 32 , 33 ) in accordance with the known proposals for wiring operational amplifiers, for example as an integrator for the AC voltage component or as a differentiator, this amplifier can be used not only to adapt the voltage but also to phase shift the voltage at the input of the amplifier ( 34 ) and voltage or current at the input of the oscillator ( 5 ).

Bei den oben beschriebenen Lösungen verändert sich der Schaltfrequenzbereich bei Veränderung der Amplitude der Spannung des Netzes (1); bei Absinken der Spannung wird der Frequenzhub kleiner.In the solutions described above, the switching frequency range changes when the amplitude of the voltage of the network ( 1 ) changes; when the voltage drops, the frequency swing becomes smaller.

Fig. 4 zeigt, wie durch einen Dividierer (41) der Einfluß der Veränderung der Amplitude der Spannung des Netzes (1) kompensiert werden kann. Die gleichgerichtete Spannung am Eingang (7) wird geglättet, beispielsweise durch ein Tiefpaßfilter mit Spannungsherabsetzung, bestehend aus einem ohmschen Teiler (44, 45) und einer Kapazität (46). Die Zeitkonstante ist groß gegenüber der Frequenz des Netzes (1); die Spannung am Eingang (43) des Dividierers ist daher proportional zur Amplitude der Spannung des Netzes (1) und verändert sich während einer Netzperiode nur geringfügig. Für die Spannung am Ausgang (44) gilt, daß sie der Quotient aus der Spannung am Eingang (42) geteilt durch die Spannung am Eingang (43) ist; sie hat daher die Kurvenform der Eingangsspannung, die Amplitude ist aber stets nahezu konstant. Ein negativer Strom am Eingang (42) des Dividierers kann hier ebenfalls spannungsabhängig kompensiert werden, indem man als Spannungsquelle (25) die Spannung am Kondensator (46), die ein Abbild des Effektivwerts der Netzspannung ist, heranzieht; bei einer festen Gleichspannung (25) wäre eine Abhängigkeit der Schaltfrequenz von der Schaltfrequenz gegeben. Fig. 4 shows how the influence of the change in the amplitude of the voltage of the network ( 1 ) can be compensated by a divider ( 41 ). The rectified voltage at the input ( 7 ) is smoothed, for example by a low-pass filter with voltage reduction, consisting of an ohmic divider ( 44 , 45 ) and a capacitance ( 46 ). The time constant is large compared to the frequency of the network ( 1 ); the voltage at the input ( 43 ) of the divider is therefore proportional to the amplitude of the voltage of the network ( 1 ) and changes only slightly during a network period. The voltage at the output ( 44 ) is that it is the quotient of the voltage at the input ( 42 ) divided by the voltage at the input ( 43 ); it therefore has the curve shape of the input voltage, but the amplitude is always almost constant. A negative current at the input ( 42 ) of the divider can also be compensated for here in a voltage-dependent manner by using the voltage at the capacitor ( 46 ), which is an image of the effective value of the mains voltage, as the voltage source ( 25 ); with a fixed DC voltage ( 25 ) the switching frequency would depend on the switching frequency.

Eine weitere Möglichkeit, den Einfluß der Veränderung der Netzspannung zu kompensieren, besteht darin, eine netzstromabhängige Spannung an den Eingang des Oszillators (5) zu führen. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 5; der (gleichgerichtete) Strom des Netzes (1) fließt über einen Shunt (53) und ruft hier einen stromproportionalen Spannungsabfall hervor. Die Spannung am Shunt (53) hat die doppelte Netzfrequenz; eine weitere Gleichrichtung erübrigt sich daher. Bei kleinen Strömen nimmt die Variantionsbreite der Frequenz ab; dies ist hinnehmbar, da die Funkstörspannungen erfahrungsgemäß mit sinkenden Strömen gleichfalls abnehmen. Angesichts des niedrigen Pegels der Spannung am Shunt (53) ist eine Nachverstärkung sinnvoll; alternativ kann auch ein Stromwandler in eingesetzt werden.Another way to compensate for the influence of the change in the mains voltage is to supply a voltage dependent on the mains current to the input of the oscillator ( 5 ). An exemplary embodiment is shown in FIG. 5; the (rectified) current of the network ( 1 ) flows through a shunt ( 53 ) and causes a current-proportional voltage drop here. The voltage at the shunt ( 53 ) has twice the mains frequency; further rectification is therefore unnecessary. With small currents, the range of variation of the frequency decreases; this is acceptable since experience has shown that the radio interference voltages also decrease with falling currents. In view of the low level of the voltage at the shunt ( 53 ), amplification is advisable; alternatively, a current transformer can also be used.

Fig. 6 zeigt den Funktionszusammenhang der Erfindung mit einem Oszillator (5) eines typischen Schaltregler-ICs (beschrieben u. a. in "Unitrode Product & Applications Handbook 1995-1996" in der Application Note U-93, S10-9 ff., für den UC3846). Ein Kondensator (61) wird durch eine Stromquelle (62) aufgeladen. Ein Verstärker (64) vergleicht die Spannung des Kondensators (61) mit einer Referenzspannung (66); bei Erreichen des oberen Schwellwerts wird der Schalter (65) geschlossen und der Kondensator (61) über die gegenüber der Stromquelle (62) wesentlich stärkere Stromquelle (67) entladen. Bei Erreichen des durch die Hysterese des Verstärkers (64) vorgegebenen unteren Schwellwerts wird der Schalter (65) wieder geöffnet. Der Ausgang (69) des Verstärkers (64) wird an interne Komponenten der Ansteuerung (4) geführt; während der impulsartigen Entladung des Kondensators (61) wird ein neuer Schaltzyklus des Energiewandlers (2) gestartet. Bei einigen Regelkonzepten wird die etwa dreieckförmige Spannung des Kondensators (61) mit einer Regelspannung zur Ansteuerung des Energiewandlers (2) verglichen; in Fig. 6. ist der entsprechende Anschluß (68) herausgeführt. Fig. 6 shows the functional relationship of the invention with an oscillator (5) of a typical switching regulator IC (described inter alia in "Unitrode Product & Applications Handbook 1995-1996" in Application Note U-93, S10-9 et seq., For the UC3846 ). A capacitor ( 61 ) is charged by a current source ( 62 ). An amplifier ( 64 ) compares the voltage of the capacitor ( 61 ) with a reference voltage ( 66 ); when the upper threshold value is reached, the switch ( 65 ) is closed and the capacitor ( 61 ) is discharged via the current source ( 67 ), which is considerably stronger than the current source ( 62 ). When the lower threshold value predetermined by the hysteresis of the amplifier ( 64 ) is reached, the switch ( 65 ) is opened again. The output ( 69 ) of the amplifier ( 64 ) is fed to internal components of the control ( 4 ); a new switching cycle of the energy converter ( 2 ) is started during the pulse-like discharge of the capacitor ( 61 ). In some control concepts, the approximately triangular voltage of the capacitor ( 61 ) is compared with a control voltage for controlling the energy converter ( 2 ); in Fig. 6. the corresponding connection ( 68 ) is led out.

Die Spannung am Ausgang (8) des Netzwerks (6) ist in diesem Beispiel gleich der Spannung am Kondensator (61); es fließt abhängig von den Impedanzen (21, 22, 23) und der Spannung des Netzes (1) ein Strom durch den Widerstand (23), der den Kondensator (61) zusätzlich auflädt. Der Kondensator (61) erreicht daher schneller als durch die Stromquelle (62) vorgegeben den Schwellwert; die Schaltfrequenz steigt an. Je höher der Strom durch den Widerstand (8) ist, um so höher ist auch die Schaltfrequenz.In this example, the voltage at the output ( 8 ) of the network ( 6 ) is equal to the voltage at the capacitor ( 61 ); depending on the impedances ( 21 , 22 , 23 ) and the voltage of the network ( 1 ), a current flows through the resistor ( 23 ), which additionally charges the capacitor ( 61 ). The capacitor ( 61 ) therefore reaches the threshold value faster than specified by the current source ( 62 ); the switching frequency increases. The higher the current through the resistor ( 8 ), the higher the switching frequency.

Fig. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel für den Anschluß mehrerer getakteter Energiewandler, beispielsweise die Reihenschaltung einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung mit DC/DC-Wandlern. Der Ausgang (69), der ein Vielfaches (mit der Zahl der Energiewandler als Multiplikator) der Schaltfrequenz der nachgeschalteten Energiewandler (75, 76, 77) besitzt, einer wie oben beschriebenen Lösung aus Anpaßnetzwerk (6) und Oszillator (5) wird zunächst an einen Frequenzteiler geführt, der die Entladeimpulse des Ausgangs (69) nacheinander an die Ansteuerschaltungen (72, 73, 74) der Wandler (75, 76, 77) führt. Fig. 7 shows an application example of the terminal displays a plurality of clocked power converter, for example, the series circuit of a power factor correction circuit with DC / DC converters. The output ( 69 ), which has a multiple (with the number of energy converters as a multiplier) of the switching frequency of the downstream energy converters ( 75 , 76 , 77 ), of a solution as described above, consisting of a matching network ( 6 ) and an oscillator ( 5 ), is first turned on guided a frequency divider, which leads the discharge pulses of the output ( 69 ) in succession to the control circuits ( 72 , 73 , 74 ) of the converters ( 75 , 76 , 77 ).

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein dreiphasiges Netz; durch die 6pulsige Gleichrichtung über die Dioden (11, 12, 13, 14, 15, 16) ergibt sich eine Spannung am Ausgang (8) mit der sechsfachen Netzfrequenz, die zu einer Symmetrierung für jede Leitphase der Dioden führt. Fig. 8 shows an embodiment for a three-phase network; the 6-pulse rectification via the diodes ( 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 ) results in a voltage at the output ( 8 ) with six times the mains frequency, which leads to symmetry for each leading phase of the diodes.

Claims (20)

1. Schaltung zur Ansteuerung getakteter elektronischen Energiewandler (2), dadurch gekennzeichnet, daß der die Schaltfrequenz bestimmende Schaltungsteil (5) einer Ansteuerung (4) für einen getakteten Energiewandler (2) so über ein elektrisches Netzwerk (6) mit einer Quelle (1) mit zeitveränderlicher Spannung verbunden ist, daß sich in jedem Moment eine Abhängigkeit der momentanen Schaltfrequenz des Energiewandlers (2) vom Momentanwert der Quelle (1) ergibt, und daß das elektrische Netzwerk (6) eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung am Eingang (7) und der Spannung oder dem Strom am Ausgang (8) bewirkt.1. Circuit for the control of clocked electronic energy converters ( 2 ), characterized in that the switching part ( 5 ) determining the switching frequency of a control ( 4 ) for a clocked energy converter ( 2 ) via an electrical network ( 6 ) with a source ( 1 ). is connected with time-varying voltage that there is a dependence of the instantaneous switching frequency of the energy converter ( 2 ) on the instantaneous value of the source ( 1 ) at any moment, and that the electrical network ( 6 ) has a phase shift between the voltage at the input ( 7 ) and the Voltage or current at the output ( 8 ) causes. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schaltfrequenz bestimmende Schaltungsteil (5) als spannungsgesteuerter (VCO) oder stromgesteuerter Oszillator ausgeführt ist und der Ausgang (8) des Netzwerkes (6) mit dem Eingang dieses Oszillators verbunden ist.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the switching frequency determining circuit part ( 5 ) is designed as a voltage-controlled (VCO) or current-controlled oscillator and the output ( 8 ) of the network ( 6 ) is connected to the input of this oscillator. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang (7) des Netzwerkes (6) eine wellige Gleichspannung anliegt, das Netzwerk (6) aus passiven Komponenten (21, 22, 23) besteht, je ein Pol der Komponenten (21, 22) an den Eingang (7) geführt ist, der jeweils andere Pol der Komponenten (21, 22) an die Komponente (23) geführt ist und der Ausgang (8) mit einem Pol der Komponente (23) verbunden ist und mindestens eine der Komponenten (21, 22, 23) ein Kondensator oder eine Drossel ist.3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that a ripple DC voltage is present at the input ( 7 ) of the network ( 6 ), the network ( 6 ) consists of passive components ( 21 , 22 , 23 ), one pole of each component ( 21 , 22 ) is led to the input ( 7 ), the other pole of the components ( 21 , 22 ) is led to the component ( 23 ) and the output ( 8 ) is connected to a pole of the component ( 23 ) and at least one of the components ( 21 , 22 , 23 ) is a capacitor or a choke. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (1) eine Wechselspannung abgibt, die über einen Gleichrichter (10), ausgeführt beispielsweise als Brückenschaltung von 4 Dioden (11, 12, 13, 14), dessen Wechselspannungsseite mit dem Eingang (7) und dessen Gleichspannungsseite mit den passiven Komponenten (21, 22, 23) verbunden ist, in eine wellige Gleichspannung umgewandelt wird.4. A circuit according to claim 3, characterized in that the source ( 1 ) emits an AC voltage, which is carried out via a rectifier ( 10 ), for example as a bridge circuit of 4 diodes ( 11 , 12 , 13 , 14 ), the AC voltage side with the input ( 7 ) and its DC voltage side is connected to the passive components ( 21 , 22 , 23 ), is converted into a wavy DC voltage. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (21; 22) als Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstand ausgeführt ist und die Komponenten (22, 23; 21, 23) Widerstände sind.5. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the component ( 21 ; 22 ) is designed as a parallel connection of a capacitor and a resistor and the components ( 22 , 23 ; 21 , 23 ) are resistors. 6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des Netzwerks (6) über einen Widerstand (24) mit einer Gleichspannungsquelle (25) verbunden ist.6. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the output ( 8 ) of the network ( 6 ) is connected via a resistor ( 24 ) to a DC voltage source ( 25 ). 7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (31) mit einer Eingangsimpedanz (32) und einer Rückführungsimpedanz (33) zwischen Ausgang (8) des Netzwerks (6) und frequenzbestimmenden Schaltungsteil (5) angeordnet ist und daß Verstärker (31) und die zugehörige Beschaltung (32, 33) eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung am Ausgang (8) und der Spannung oder des Stroms am frequenzbestimmenden Schaltungsteil (5) bewirken.7. Circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that an amplifier ( 31 ) with an input impedance ( 32 ) and a feedback impedance ( 33 ) between the output ( 8 ) of the network ( 6 ) and frequency-determining circuit part ( 5 ) is arranged and that the amplifier ( 31 ) and the associated circuitry ( 32 , 33 ) cause a phase shift between the voltage at the output ( 8 ) and the voltage or the current at the frequency-determining circuit part ( 5 ). 8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des Netzwerks (6) an den Zählereingang (42) eines Dividierers (41) geführt ist, an dessen Nennereingang (43) eine netzspannungsproportionale Gleichspannung mit geringer Welligkeit geführt ist, und dessen Ausgang (44) mit dem Eingang des frequenzbestimmenden Schaltungsteils (5) verbunden ist. 8. Circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the output ( 8 ) of the network ( 6 ) to the counter input ( 42 ) of a divider ( 41 ) is guided, at the denominator input ( 43 ) a mains voltage-proportional direct voltage with a lower Ripple is guided, and its output ( 44 ) is connected to the input of the frequency-determining circuit part ( 5 ). 9. Schaltung nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Dividierers (42, 43) über einen Widerstand (47) verbunden sind.9. Circuit according to one of claims 6 or 8, characterized in that the inputs of the divider ( 42 , 43 ) are connected via a resistor ( 47 ). 10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als netzabhängige Quelle ein Ausgangssignal einer Stromistwerterfassung (53) genutzt wird, die an den Eingang (7) des Netzwerkes (6) geführt ist.10. Circuit according to one of claims 1 to 9, characterized in that an output signal of a current actual value detection ( 53 ) is used as the network-dependent source, which is led to the input ( 7 ) of the network ( 6 ). 11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stromistwerterfassung (53) und Netzwerk (7) eine Verstärkerschaltung angeordnet ist.11. A circuit according to claim 10, characterized in that an amplifier circuit is arranged between the current actual value detection ( 53 ) and the network ( 7 ). 12. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Oszillator (5) aus einem Kondensator (61), einer Ladeeinrichtung (62), die diesen Kondensator auflädt, und einer Entladeeinrichtung (63) besteht, und der Ausgang (8) des Netzwerks (6) mit einem Pol des Kondensators (61) verbunden ist.12. Circuit according to one of claims 2 to 11, characterized in that the voltage controlled oscillator ( 5 ) consists of a capacitor ( 61 ), a charging device ( 62 ) which charges this capacitor, and a discharge device ( 63 ), and the output ( 8 ) of the network ( 6 ) is connected to one pole of the capacitor ( 61 ). 13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang (8) des Netzwerks (6) und Kondensator (61) ein strombegrenzendes Element eingefügt ist.13. A circuit according to claim 12, characterized in that a current-limiting element is inserted between the output ( 8 ) of the network ( 6 ) and the capacitor ( 61 ). 14. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang (8) des Netzwerks (7) und frequenzbestimmenden Schaltungsteil (5) Kondensator eine Schaltung eingefügt wird, die die Spannung am Ausgang (8) des Netzwerks (6) in einen hierzu proportionalen Strom umwandelt.14. Circuit according to one of claims 1 to 13, characterized in that a circuit is inserted between the output ( 8 ) of the network ( 7 ) and the frequency-determining circuit part ( 5 ) capacitor, which the voltage at the output ( 8 ) of the network ( 6 ) converted into a current proportional to this. 15. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der beschriebenen Netzwerke (6) parallel verwendet werden, deren Ausgänge (8) miteinander verbunden sind und gemeinsam an den frequenzbestimmenden Schaltungsteils (5) eines Energiewandlers (4) geführt sind.15. Circuit according to one of claims 1 to 14, characterized in that several of the networks ( 6 ) described are used in parallel, the outputs ( 8 ) of which are connected to one another and are routed together to the frequency-determining circuit part ( 5 ) of an energy converter ( 4 ) . 16. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (8) der Netzwerke (6) mit den frequenzbestimmende Schaltungsteilen (5) mehrerer Ansteuerschaltungen (4) für mehrere getaktete Energiewandler (2) verbunden sind.16. Circuit according to one of claims 1 to 15, characterized in that the outputs ( 8 ) of the networks ( 6 ) with the frequency-determining circuit parts ( 5 ) of a plurality of control circuits ( 4 ) for a plurality of clocked energy converters ( 2 ) are connected. 17. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den frequenzbestimmenden Schaltungsteil (5), an den die Netzwerke (6) geführt sind, über eine Koppelschaltung (71) Steuerschaltungen (72, 73, 74) für einen oder mehrere Energiewandler (75, 76, 77) so angeschlossen sind, daß alle angeschlossenen Energiewandler mit der gleichen Taktfrequenz betrieben werden.17. Circuit according to one of claims 1 to 15, characterized in that on the frequency-determining circuit part ( 5 ) to which the networks ( 6 ) are guided, via a coupling circuit ( 71 ) control circuits ( 72 , 73 , 74 ) for one or several energy converters ( 75 , 76 , 77 ) are connected so that all connected energy converters are operated at the same clock frequency. 18. Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltung (71) eine Zeitverschiebung zwischen den Schaltzeitpunkten der Steuerschaltungen (72, 73, 74) bewirkt.18. Circuit according to claim 17, characterized in that the coupling circuit ( 71 ) causes a time shift between the switching times of the control circuits ( 72 , 73 , 74 ). 19. Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelschaltung (71) ein Frequenzteiler 1/n für n Energiewandler (75, 76, 77) eingesetzt wird und bei jedem Impuls des Oszillators (5) einer der n Energiewandler (75, 76, 77) geschaltet wird.19. A circuit according to claim 18, characterized in that the coupling circuit (71), a frequency divider 1 / n for n energy converter (75, 76, 77) is used and at each pulse of the oscillator (5) one of the n power converters (75, 76 , 77 ) is switched. 20. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das speisende Netz (1) m-phasig ist und der Gleichrichter (10) als Brücke mit 2*m Dioden (11, 12, 13, 14, 15, 16) ausgeführt ist.20. Circuit according to one of claims 1 to 19, characterized in that the feeding network ( 1 ) is m-phase and the rectifier ( 10 ) as a bridge with 2 * m diodes ( 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 ) is executed.
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