DE-102024132184-A1 - VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES LEISTUNGSWANDLERS, LEISTUNGSWANDLERSCHALTUNG, STEUERUNG UND COMPUTERPROGRAMM

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers weist auf: Bereitstellen einer asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung, die eine Halbbrücke mit einem Hochseitenschalter und einem Niedrigseitenschalter und einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung aufweist, wobei die Primärwicklung mit der Halbbrücke verbunden ist und die Sekundärwicklung mit einem Ausgang des Leistungswandlers verbunden ist, Bereitstellen einer Klemmschaltung, die über eine Hilfswicklung des Transformators mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung einen dritten Schalter und eine zweite Diode aufweist, die in Reihe geschaltet sind, Bereitstellen einer Steuerung, die zum Ein- und Ausschalten des Hochseitenschalters und des Niedrigseitenschalters und des dritten Schalters konfiguriert ist und zum Betreiben des Leistungswandlers in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus konfiguriert ist, und während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus, Einschalten des dritten Schalters, wobei der Hoch- und der Niedrigseitenschalter während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters die Klemmschaltung eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung verhindert.

Inventors

• Guoxing Zhang
• Pengcheng Bai
• Zan Wang

Assignees

• INFINEON TECHNOLOGIES AUSTRIA AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (15)

1. Verfahren (800) zum Betreiben eines Leistungswandlers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung (110), die eine Halbbrücke (114) mit einem Hochseitenschalter (114_1) und einem Niedrigseitenschalter (114_2) und einen Transformator (112) mit einer Primärwicklung (112_1) und einer Sekundärwicklung (112_2) aufweist, wobei die Primärwicklung (112_1) mit der Halbbrücke (114) verbunden ist und die Sekundärwicklung mit einem Ausgang des Leistungswandlers verbunden ist, Bereitstellen einer Klemmschaltung (120), die über eine Hilfswicklung (112_3) des Transformators (112) mit der Primärwicklung (112_1) gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung (120) einen dritten Schalter (122) und eine zweite Diode (124) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, Bereitstellen einer Steuerung (130), die dazu konfiguriert ist, den Hochseitenschalter (114_1) und den Niedrigseitenschalter (114_2) ein- und auszuschalten, und (114_1, 114_2) und den dritten Schalter (122) ein- und auszuschalten und den Leistungswandler in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus zu betreiben, und während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus, Einschalten des dritten Schalters (122), wobei der Hoch- und Niedrigseitenschalter (114_1, 114_2) während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters (122) die Klemmschaltung (120) eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators (112) und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung (110) verhindert.
2. Verfahren (800) nach Anspruch 1 , wobei der Transformator (112) an einer hohen Seite der Halbbrücke (114) angeordnet ist.
3. Verfahren (800) nach Anspruch 1 , wobei der Transformator (112) an einer niedrigen Seite der Halbbrücke (114) angeordnet ist.
4. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: eine Stromversorgungsschaltung (410) für die Steuerung (130), wobei die Stromversorgungsschaltung (410) einen dritten Kondensator (412) und eine dritte Diode (414) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Stromversorgungsschaltung (410) mit der Hilfswicklung (112_3) verbunden ist.
5. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärwicklung (112_1) und die Sekundärwicklung (112_2) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
6. Verfahren (800) nach Anspruch 5 , wobei die Hilfswicklung (112_3) die gleiche Polarität wie die Sekundärwicklung (112_2) aufweist.
7. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des diskontinuierlichen Leitungsmodus die Steuerung (130) so konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsleistung des Leistungswandlers unter Verwendung eines ersten Steuermodus oder eines zweiten Steuermodus einstellt, wobei der erste Steuermodus das Konstanthalten eines Spitzenwerts eines Magnetisierungsstroms des Transformators (112) und das Einstellen einer Dauer des dritten Zeitintervalls aufweist, und wobei der zweite Regelungsmodus das Konstanthalten einer Schaltfrequenz der Halbbrücke (114) und das Einstellen des Spitzenwerts des Magnetisierungsstroms aufweist.
8. Leistungswandlerschaltung (100, 100'), die aufweist: eine asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung (110), die eine Halbbrücke (114) mit einem Hochseitenschalter (114_1) und einem Niedrigseitenschalter (114_2) und einen Transformator (112) mit einer Primärwicklung (112_1) und einer Sekundärwicklung (112_2) aufweist, wobei die Primärwicklung (112_1) mit der Halbbrücke (114) verbunden ist und die Sekundärwicklung (112_2) mit einem Ausgang der Leistungswandlerschaltung (100, 100') verbunden ist, eine Klemmschaltung (120), die über eine Hilfswicklung (112_3) des Transformators (112) mit der Primärwicklung (112_1) gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung (120) einen dritten Schalter (122) und eine zweite Diode (124) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und eine Steuerung (130), die zum Ein- und Ausschalten der Hoch- und Niedrigseitenschalter (114_1, 114_2) und des dritten Schalters (122) ausgebildet ist und die dazu ausgebildet ist, die Leistungswandlerschaltung (100, 100') in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus zu betreiben, wobei während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus die Steuerung (130) den dritten Schalter (122) einschaltet, wobei der Hoch- und der Niedrigseitenschalter (114_1, 114_2) während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters (122) die Klemmschaltung (120) eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators (112) und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung (110) verhindert.
9. Leistungswandlerschaltung (100, 100') nach Anspruch 8 , wobei der Hochseitenschalter (114_1), der Niedrigseitenschalter (114_2) und der dritte Schalter (122) Schalter desselben Typs sind.
10. Leistungswandlerschaltung (100, 100') nach Anspruch 8 oder 9 , wobei die Primärwicklung (112_1) und die Sekundärwicklung (112_2) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
11. Leistungswandlerschaltung (400, 400') nach einem der Ansprüche 8 bis 10 , ferner aufweisend: eine Stromversorgungsschaltung (410) für die Steuerung (130), wobei die Stromversorgungsschaltung (410) einen dritten Kondensator (412) und eine dritte Diode (414) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Stromversorgungsschaltung (410) mit der Hilfswicklung (112_3) verbunden ist.
12. Leistungswandlerschaltung (100, 100') nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei während des diskontinuierlichen Leitungsmodus die Steuerung (130) so konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsleistung der Leistungswandlerschaltung (100, 100') unter Verwendung eines ersten Steuermodus oder eines zweiten Steuermodus einstellt, wobei der erste Steuermodus das Konstanthalten eines Spitzenwerts eines Magnetisierungsstroms des Transformators (112) und das Anpassen einer Dauer des dritten Zeitintervalls aufweist, und wobei der zweite Regelungsmodus das Konstanthalten einer Schaltfrequenz der Halbbrücke (114) und das Einstellen des Spitzenwerts des Magnetisierungsstroms aufweist.
13. Steuerung (130) für eine Leistungswandlerschaltung (100, 100'), wobei die Leistungswandlerschaltung aufweist: eine asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung (110), die eine Halbbrücke (114) mit einem Hochseitenschalter (114_1) und einem Niedrigseitenschalter (114_2) und einen Transformator (112) mit einer Primärwicklung (112_1) und einer Sekundärwicklung (112_2) aufweist, wobei die Primärwicklung (112_1) mit der Halbbrücke (114) verbunden ist und die Sekundärwicklung (112_2) mit einem Ausgang der Leistungswandlerschaltung (100, 100') verbunden ist, und eine Klemmschaltung (120), die über eine Hilfswicklung (112_3) des Transformators (112) mit der Primärwicklung (112_1) gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung (120) einen dritten Schalter (122) und eine zweite Diode (124) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Steuerung (130) dazu konfiguriert ist, die Hoch- und Niedrigseitenschalter (114_1, 114_2) und den dritten Schalter (122) ein- und auszuschalten, wobei die Steuerung (130) dazu konfiguriert ist, die Leistungswandlerschaltung (100, 100') in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus zu betreiben, und wobei während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus die Steuerung (130) den dritten Schalter (122) einschaltet, wobei die Hoch- und Niedrigseitenschalter (114_1, 114_2) während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters (122) die Klemmschaltung (120) eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators (112) und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung (110) verhindert.
14. Steuerung (130, 700) nach Anspruch 13 , wobei die Steuerung (130, 700) einen integrierten Schaltungschip (710) aufweist oder aus einem solchen besteht.
15. Computerprogramm (900) mit Instruktionen, die bei Ausführung des Programms durch eine Steuerung (130) einer Leistungswandler-Schaltung (100, 100') die Steuerung (130) veranlassen, einen Hochseitenschalter (114_1), einen Niedrigseitenschalter (114_2) und einen dritten Schalter (122) der Leistungswandlerschaltung (100, 100') ein- und auszuschalten, wobei die Leistungswandlerschaltung (100, 100') eine asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung (110) aufweist, die eine Halbbrücke (114) mit dem Hochseitenschalter (114_1) und dem Niedrigseitenschalter (114_2) und einen Transformator (112) mit einer Primärwicklung (112_1) und einer Sekundärwicklung (112_2) aufweist, wobei die Primärwicklung (112_1) mit der Halbbrücke (114) verbunden ist und die Sekundärwicklung (112_2) mit einem Ausgang der Leistungswandlerschaltung (100, 100') verbunden ist und wobei die Leistungswandlerschaltung (100, 100') ferner eine Klemmschaltung (120) aufweist, die über eine Hilfswicklung (112_3) des Transformators (112) mit der Primärwicklung (112_1) gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung (120) den dritten Schalter (122) und eine zweite Diode (124) umfasst, wobei in Abhängigkeit von einer an den Ausgang der Leistungswandlerschaltung (100, 100') angeschlossenen Last das Computerprogramm (900) die Steuerung (130) veranlasst, die Leistungswandlerschaltung (100, 100') in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus zu betreiben, und wobei während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus das Computerprogramm (900) die Steuerung (130) veranlasst, den dritten Schalter (122) einzuschalten, wobei die Hoch- und Niedrigseitenschalter (114_1, 114_2) während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters (122) die Klemmschaltung (120) eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators (112) und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung (110) verhindert.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers, eine Leistungswandlerschaltung, eine Steuerung zur Verwendung in einem Leistungswandler und ein Computerprogramm für eine Steuerung einer Leistungswandlerschaltung. HINTERGRUND Ein Leistungswandler, beispielsweise ein Leistungswandler, der in einer Ladegerätanwendung oder einer Adapteranwendung verwendet wird, kann beispielsweise eine asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung aufweisen. Eine solche asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung kann eine von zwei möglichen Konfigurationen aufweisen: Der Transformator ist auf der Hochseite der Halbbrücke angeordnet oder der Transformator ist auf der Niederspannungsseite der Halbbrücke angeordnet. Darüber hinaus kann eine asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, die von der an den Leistungswandler angeschlossenen Last abhängen. Bei Lasten unterhalb der maximalen Last kann die Konverterschaltung in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus betrieben werden. Dieser Betriebsmodus weist ein Zeitintervall auf, während dessen sowohl der Hochseitenschalter als auch der Niedrigseitenschalter der Halbbrücke ausgeschaltet sind, was jedoch bedeutet, dass freie Schwingungen zwischen der Magnetisierungsinduktivität des Transformators und parasitären Kapazitäten der Konverterschaltung auftreten können. Diese Schwingungen können zusätzliche Verluste und/oder elektromagnetische Störungen (EMI) im Leistungswandler verursachen. Verbesserte Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers, verbesserte Leistungswandlerschaltungen, verbesserte Steuerungen zur Verwendung in einem Leistungswandler und verbesserte Computerprogramme für eine Steuerung einer Leistungswandlerschaltung können zur Lösung dieser und anderer Probleme beitragen. KURZFASSUNG Bestimmte Aspekte beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungswandlers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung, die eine Halbbrücke mit einem Hochseitenschalter und einem Niedrigseitenschalter und einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung umfasst, wobei die Primärwicklung mit der Halbbrücke verbunden ist und die Sekundärwicklung mit einem Ausgang des Leistungswandlers verbunden ist, Bereitstellen einer Klemmschaltung, die über eine Hilfswicklung des Transformators mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung einen dritten Schalter und eine zweite Diode aufweist, die in Reihe geschaltet sind, Bereitstellen einer Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie den Hochseitenschalter und den Niedrigseitenschalter und den dritten Schalter ein- und ausschaltet, und die so konfiguriert ist, dass sie den Leistungswandler in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus betreibt, und während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus, Einschalten des dritten Schalters, wobei der Hochseitenschalter und der Niedrigseitenschalter während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters die Klemmschaltung eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung verhindert. Bestimmte Aspekte beziehen sich auf eine Leistungswandlerschaltung, die Folgendes aufweist: eine asymmetrische Halbbrücken-Flyback-Konverterschaltung, die eine Halbbrücke mit einem Hochseitenschalter und einem Niedrigseitenschalter und einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung umfasst, wobei die Primärwicklung mit der Halbbrücke verbunden ist und die Sekundärwicklung mit einem Ausgang der Leistungswandlerschaltung verbunden ist, eine Klemmschaltung, die über eine Hilfswicklung des Transformators mit der Primärwicklung gekoppelt ist, wobei die Klemmschaltung einen dritten Schalter und eine zweite Diode aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und eine Steuerung, die zum Ein- und Ausschalten des Hochseitenschalters und des Niedrigseitenschalters und des dritten Schalters konfiguriert ist und die Leistungswandlerschaltung in einem kritischen Leitungsmodus oder in einem diskontinuierlichen Leitungsmodus betreibt, wobei während eines dritten Zeitintervalls des diskontinuierlichen Leitungsmodus die Steuerung den dritten Schalter einschaltet, wobei die Hoch- und Niedrigseitenschalter während des dritten Zeitintervalls ausgeschaltet sind und wobei durch das Einschalten des dritten Schalters die Klemmschaltung eine freie Schwingung zwischen einer Magnetisierungsinduktivität des Transformators und parasitären Kapazitäten der asymmetrischen Halbbrücken-Flyback-Konverter-Schaltung verhindert. Bestimmte Aspekte beziehen sich auf eine Steuerung für eine Leistungswandlerschaltung, wobei die Leistungswandlerschaltung aufweist: eine asymmetrische