DE10060169A1

DE10060169A1 - Switched mode supply has resonant converter, comparator unit, converter unit controling resonant converter, noise shaping filter between comparator unit output, converter unit's input

Info

Publication number: DE10060169A1
Application number: DE10060169A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-06-13

Abstract

The device has a resonant converter (RW), a comparator unit (VA) that compares an output voltage-dependent signal with a reference signal, a converter unit (WE) with its output connected to the control input of the resonant converter and a noise shaping filter (NSF) between the comparator unit's output and the converter unit's input.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit ei nem Resonanzwandler.The present invention relates to a switching power supply with egg a resonance converter.

Resonanzwandler weisen üblicherweise zwei Eingangsklemmen zum Anlegen einer Eingangsspannung, zwei Ausgangsklemmen zum Be reitstellen einer Ausgangsspannung und einen Resonanzschwing kreis, der im Takt seiner Resonanzfrequenz an die Eingangs spannung angeschlossen werden kann, auf. Eine Spule des Reso nanzschwingkreises ist dabei induktiv mit einer weiteren Spu le gekoppelt, die üblicherweise über eine Gleichrichteranord nung an die Ausgangsklemmen angeschlossen ist.Resonance converters usually have two input terminals for Applying an input voltage, two output terminals for loading provide an output voltage and a resonance oscillation circle, which is in time with its resonance frequency to the input voltage can be connected to. A coil of the reso nanzschwingkreises is inductive with another Spu le coupled, usually via a rectifier arrangement voltage is connected to the output terminals.

Der Resonanzschwingkreis nimmt dabei Energie auf, wenn er an die Eingangsspannung angeschlossen ist, und gibt die Energie anschließend über die zweite Spule an die Ausgangsklemmen ab. Zur Regelung des Ausgangssignals ist es bekannt, das Aus gangssignal, bzw. ein aus einem Vergleich des Ausgangssignal mit einem Referenzsignal resultierendes Signal, an einen Steuereingang des Resonanzwandlers zurückzukoppeln, wobei ei ne Steuerschaltung dem Resonanzschwingkreis abhängig von dem zurückgekoppelten Signal getaktet Energie zuführt oder den Resonanzschwingkreis gedämpft schwingen lässt. Die Taktfre quenz bei der getakteten Ansteuerung entspricht dabei in etwa der Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises.The resonant circuit absorbs energy when it is on the input voltage is connected, and gives the energy then via the second coil to the output terminals. To regulate the output signal, it is known that the off output signal, or a comparison of the output signal with a reference signal resulting signal, to a Feedback control input of the resonance converter, where ei ne control circuit the resonant circuit depending on the feeds the clocked signal or supplies energy Can resonate resonant circuit damped. The tact fre The frequency of the clocked control corresponds approximately the resonance frequency of the resonant circuit.

Wird der Resonanzschwingkreis wenigstens annäherungsweise mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, so wird diesem während der Dauer einer halben Periode seiner Resonanzfrequenz Energie über die Eingangsklemmen zugeführt. Die zugeführte Energie pro Periode ist dabei von dem Eingangswiderstand des Reso nanzwandlers an den Eingangsklemmen, der Eingangsspannung und der Periodendauer abhängig. Hierbei handelt sich um we nigstens annäherungsweise konstante Größen, oder wie bei dem Eingangswiderstand um eine Größe, die sich abhängig von einer an die Ausgangsklemme angeschlossenen Last im Vergleich zur Resonanzfrequenz nur langsam ändert. Dadurch wird dem Reso nanzschwingkreis, wenn er an die Eingangsklemmen angeschlos sen ist, pro halber Periodendauer jeweils ein gleiches Maß an Energie zugeführt. Der Leistungsfluss in den Resonanzwandler erfolgt damit in diskreten Energiepaketen.If the resonant circuit is at least approximately with its resonance frequency is excited, this is during the Duration of half a period of its resonance frequency energy fed via the input terminals. The energy supplied per period is the input resistance of the Reso converter at the input terminals, the input voltage and depends on the period. This is we at least approximately constant sizes, or like that Input resistance by a quantity that depends on a load connected to the output terminal compared to the Resonance frequency changes only slowly. This will make the Reso resonance circuit if it is connected to the input terminals is the same for every half period Energy supplied. The power flow in the resonance converter takes place in discrete energy packets.

Befindet sich die Ausgangsspannung nun beispielsweise knapp unterhalb des Sollwerts so überschreitet sie nach der nächs ten Periode, in der dem Resonanzschwingkreis Energie zuge führt wird, den Sollwert, wodurch während der nächsten Perio de keine Energie zugeführt wird und die Ausgangsspannung wie der fällt, bis wieder Energie zugeführt wird, usw. Dies kann nachteiligerweise zu einer stark schwankenden Ausgangsspan nung führen.For example, the output voltage is now scarce below the setpoint it will exceed after the next th period in which energy is supplied to the resonant circuit leads to the setpoint, which during the next period de no energy is supplied and the output voltage like that falls until energy is added again, etc. This can disadvantageously to a strongly fluctuating output chip lead.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schaltnetz teil mit einem Resonanzwandler zur Verfügung zu stellen, bei dem eine möglichst konstante Ausgangsspannung zur Verfügung steht.The aim of the present invention is therefore a switching network to provide part with a resonance converter at the most constant output voltage available stands.

Diese Ziel wird durch ein Schaltnetzteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This goal is achieved by a switching power supply according to the characteristics of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims.

Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil weist einen Resonanzwand ler mit Eingangsklemmen zum Anlegen einer Eingangsspannung, Ausgangsklemmen zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung und einem Steuereingang auf. Des weiteren ist eine Vergleichera nordnung vorgesehen mit einer ersten Eingangsklemme, der ein von der Ausgangsspannung abhängiges Ausgangssignal zugeführt ist, einer zweiten Eingangsklemme, der ein Referenzsignal zu geführt ist, und mit einer Ausgangsklemme an der ein von ei nem Vergleich des Ausgangssignals mit dem Referenzsignal abhängiges Vergleichssignal zur Verfügung steht. Eine Wandler einheit, die eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme auf weist, ist mittels der Ausgangsklemme an den Steuereingang des Resonanzwandlers angeschlossen. Zwischen die Ausgangs klemme der Vergleichereinheit und die Eingangsklemme der Wandlereinheit ist bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil zudem ein Noise-Shaping-Filter geschaltet.The switching power supply according to the invention has a resonance wall with input terminals for applying an input voltage, Output terminals for providing an output voltage and a control input. There is also a comparator arrangement provided with a first input terminal, the one output signal dependent on the output voltage is, a second input terminal to which a reference signal is guided, and with an output terminal on the one of egg dependent comparison of the output signal with the reference signal Comparison signal is available. A converter unit that has an input terminal and an output terminal points, is by means of the output terminal to the control input of the resonance converter connected. Between the exit terminal of the comparator unit and the input terminal of the Converter unit is in the switching power supply according to the invention also switched a noise shaping filter.

Die Wandlereinheit stellt ein Regelsignal Signal zur Verfü gung nach dessen Maßgabe der Resonanzschwingkreis über eine Schaltereinheit getaktet an die Eingangsspannung angelegt wird oder gedämpft ausschwingt. Das Noise-Shaping-Filter führt unter anderem eine Mittelung des Vergleichssignals durch, wodurch das der Wandlereinheit zugeführte Signal, aus dem die Wandlereinheit das Regelsignal generiert, nicht nur eine Information bezüglich des Momentanwertes der Ausgangs spannung, bzw. deren Abweichung von einem Sollwert, sondern auch eine Information über einen längeren zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung, bzw. deren Abweichung von einem Soll wert, aufweist. Schwankungen der Ausgangsspannung, die daraus resultieren, dass die Energiezuführung zu dem Resonanzwandler nur in diskreten Energiepaketen erfolgen kann, sind dadurch gemindert.The converter unit provides a control signal according to its stipulation, the resonant circuit via Switch unit clocked to the input voltage is dampened or swings out. The noise shaping filter among other things performs an averaging of the comparison signal through, whereby the signal supplied to the converter unit which the converter unit generates, not only information regarding the instantaneous value of the output voltage, or its deviation from a target value, but also information about a longer course of time the output voltage or its deviation from a target worth showing. Fluctuations in the output voltage resulting from it result in the supply of energy to the resonance converter can only be done in discrete energy packets reduced.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist das Noise-Shaping-Filter wenigstens einen ersten Integrierer auf. Vorzugsweise weist das Noise-Shaping-Filter wenigstens einen ersten Integrierer und einen dem ersten Integrierer nachge schalteten zweiten Integrierer auf. Ein Eingangssignal des Noise-Shaping-Filter sowie Ausgangssignale der Integrierer werden dabei mittels einer Additionseinheit zusammengefasst und das daraus resultierende Summensignal steht als Ausgangs signal des Noise-Shaping-Filters zur Verfügung. Vorzugsweise besitzen die zwei Integrierer des Noise-Shaping-Filters un terschiedliche Zeitkonstanten. According to a first embodiment of the invention, this Noise-shaping filters have at least one first integrator. The noise shaping filter preferably has at least one first integrator and one after the first integrator switched on the second integrator. An input signal from the Noise shaping filters and output signals from the integrators are combined using an addition unit and the resulting sum signal is the output signal of the noise shaping filter. Preferably have the two integrators of the noise shaping filter un different time constants.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Resonanzwandler eine an dessen Eingangsklemmen ange schlossene Schaltereinheit und einen an die Schaltereinheit angeschlossenen Resonanzschwingkreis aufweist, wobei der Re sonanzschwingkreis induktiv an die Ausgangsklemme gekoppelt ist. Die Schaltereinheit weist dabei vorzugsweise eine zwi schen die Eingangsklemmen geschaltete Reihenschaltung eines ersten und zweiten Schalters auf, wobei der Resonanzschwing kreis parallel zu dem zweiten Schalter geschaltet ist.According to one embodiment of the invention, that the resonance converter is connected to its input terminals closed switch unit and one to the switch unit connected resonant circuit, the Re resonant circuit inductively coupled to the output terminal is. The switch unit preferably has a zwi the input terminals are connected in series first and second switch on, the resonance oscillation circuit is connected in parallel to the second switch.

Zur induktiven Kopplung des Resonanzschwingkreises an die Ausgangsklemmen ist gemäß einer Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Schaltnetzteiles vorgesehen, dass die Spule des Resonanzschwingkreises eine Primärspule eines Transformators ist, der eine Sekundärspule aufweist, die an die Ausgangs klemmen angeschlossen ist. Dabei ist vorzugsweise eine Gleichrichteranordnung zwischen die Sekundärspule und die Ausgangsklemmen geschaltet.For inductive coupling of the resonant circuit to the Output terminals is in accordance with one embodiment of the invention According switching power supply provided that the coil of the Resonant circuit a primary coil of a transformer is that has a secondary coil connected to the output terminals is connected. There is preferably one Rectifier arrangement between the secondary coil and the Output terminals switched.

Zur Ansteuerung des ersten und zweiten Schalters der Schal tereinheit in dem Resonanzwandler ist eine Ansteuereinheit mit einer ersten Ausgangsklemme zur Ansteuerung des ersten Schalters und einer zweiten Ausgangsklemme zur Ansteuerung des zweiten Schalters vorgesehen. Einer Eingangsklemme der Ansteuereinheit ist dabei das Ausgangssignal der Wandlerein heit zugeführt. Die Ansteuereinheit ist derart ausgebildet, dass sie den Resonanzschwingkreis nach Maßgabe des Ausgangs signals der Wandlereinheit getaktet an die Eingangsspannung anlegt oder den Resonanzschwingkreis gedämpft schwingen lässt. Die Taktfrequenz, mit welcher der Resonanzschwingkreis getaktet an die Eingangsspannung angelegt wird, entspricht wenigstens annäherungsweise der Resonanzfrequenz des Reso nanzschwingkreises.To control the first and second switch the scarf The unit in the resonance converter is a control unit with a first output terminal to control the first Switch and a second output terminal for control the second switch provided. An input terminal of the The control unit is the output signal of the converter supplied. The control unit is designed such that they are the resonant circuit according to the output signals of the converter unit clocked to the input voltage applies or vibrate the resonant circuit damped leaves. The clock frequency with which the resonant circuit is applied clocked to the input voltage at least approximately the resonance frequency of the reso nanzschwingkreises.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei spielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt: The present invention is hereinafter described play with the help of figures. It shows:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Schalt netzteils mit einem Resonanzwandler und einem Rück kopplungszweig, in welchem ein Noise-Shaping-Filter angeordnet ist, Fig. 1 is a block diagram of a switching power supply according to the invention feedback path with a resonant converter and a back, in which a noise-shaping filter is arranged,

Fig. 2 Schaltnetzteil gemäß Fig. 1 mit detaillierteren Darstellungen von Ausführungsformen des Resonanz wandlers und des Noise-Shaping-Filters. Fig. 2 switching power supply according to FIG. 1 with more detailed representations of embodiments of the resonance converter and the noise shaping filter.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Signale mit gleicher Bedeutung.In the figures, unless otherwise stated, same reference numerals, same parts and signals with the same Importance.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils mit einem Resonanzwandler RW, der Eingangs klemmen E1, E2 zum Anlegen einer Eingangsspannung Uin und Ausgangsklemmen A1, A2 zum Bereitstellen einer Ausgangsspan nung Uout aufweist. Der Resonanzwandler RW weist außerdem ei nen Steuereingang E3 auf, an welchem ein Regelsignal Sw an liegt. Das Schaltnetzteil weist weiterhin eine Vergleichera nordnung VA mit einer ersten Eingangsklemme EV1 und einer zweiten Eingangsklemme EV2 auf, wobei die erste Eingangsklem me EV1 zur Zuführung eines von der Ausgangsspannung Uout abhängigen Signals Sout in dem Beispiel gemäß Fig. 1 direkt an die erste Ausgangsklemme A1 angeschlossen ist. Zwischen die zweite Ausgangsklemme A2 des Resonanzwandlers RW und die zweite Eingangsklemme EV2 der Vergleicheranordnung VA ist ei ne Referenzspannungsquelle Uref geschaltet. Der zweiten Ein gangsklemme EV2 der Vergleicheranordnung VA ist damit ein Re ferenzsignal Sref zugeführt, dessen Bezugspunkt die zweite Ausgangsklemme A2 ist. An einer Ausgangsklemme AV der Vergleicheranordnung VA steht ein Vergleichssignal Sv zur Verfügung, welches von einem Vergleich des Signals Sout mit dem Referenzsignal Sref abhängig ist. Dieses Vergleichssignal Sv ist einer Eingangsklemme EN eines Noise-Shaping-Filters NSF zugeführt, das eine Ausgangsklemme AN aufweist, die an eine Eingangsklemme EW einer Wandlereinheit WE angeschlossen ist. Am Ausgang dieser Wandlereinheit WE steht das Regelsig nal Sw zur Verfügung, welches dem Regeleingang E3 des Reso nanzwandlers RW zugeführt ist. Fig. 1 shows an embodiment of a switching power supply according to the invention with a resonance converter RW, the input terminals E1, E2 for applying an input voltage Uin and output terminals A1, A2 to provide an output voltage Uout. The resonance converter RW also has a control input E3 at which a control signal Sw is present. The switched-mode power supply also has a comparator arrangement VA with a first input terminal EV1 and a second input terminal EV2, the first input terminal EV1 being connected directly to the first output terminal A1 in order to supply a signal Sout dependent on the output voltage Uout in the example according to FIG. 1 is. A reference voltage source Uref is connected between the second output terminal A2 of the resonance converter RW and the second input terminal EV2 of the comparator arrangement VA. The second input terminal EV2 of the comparator arrangement VA is thus supplied with a reference signal Sref, the reference point of which is the second output terminal A2. A comparison signal Sv is available at an output terminal AV of the comparator arrangement VA, which is dependent on a comparison of the signal Sout with the reference signal Sref. This comparison signal Sv is fed to an input terminal EN of a noise-shaping filter NSF which has an output terminal AN which is connected to an input terminal EW of a converter unit WE. At the output of this converter unit WE, the control signal Sw is available, which is fed to the control input E3 of the resonance converter RW.

Aufgabe des Schaltnetzteils ist es, aus der Eingangsspannung Uin eine Ausgangsspannung Uout zu Erzeugen, die unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung Uin und von Schwankun gen einer an die Ausgangsklemmen A1, A2 anschließbaren Last Rl wenigstens annäherungsweise konstant ist.The task of the switching power supply is to get the input voltage Uin to generate an output voltage Uout that is independent of fluctuations in the input voltage Uin and fluctuations against a load that can be connected to the output terminals A1, A2 Rl is at least approximately constant.

In dem Resonanzwandler RW ist dazu eine Schaltereinheit SE vorgesehen, die an die Eingangsklemmen E1, E2 und den Re geleingang E3 angeschlossen ist. Des weiteren ist ein an die Schaltereinheit angeschlossener Resonanzschwingkreis RS vor handen, der induktiv an die Ausgangsklemmen A1, A2 gekoppelt ist. Zur induktiven Kopplung ist ein Transformator Tr vorge sehen, wobei eine Primärspule Lp des Transformators Tr an den Resonanzschwingkreis RS angeschlossen ist und wobei eine Se kundärspule Ls des Transformators Tr über eine Gleichrichter anordnung GLR an die Ausgangsklemmen A1, A2 angeschlossen ist.For this purpose, a switch unit SE is located in the resonance converter RW provided to the input terminals E1, E2 and Re gel input E3 is connected. Furthermore, one is to the Switch unit connected resonant circuit RS before act inductively coupled to the output terminals A1, A2 is. For inductive coupling, a transformer Tr is provided see, with a primary coil Lp of the transformer Tr to the Resonant circuit RS is connected and where a Se secondary coil Ls of the transformer Tr via a rectifier GLR arrangement connected to the output terminals A1, A2 is.

Die Schaltereinheit SE ist derart ausgebildet, dass sie den Resonanzschwingkreis RS getaktet nach Maßgabe des Regelsig nals Sw an die Eingangsspannung Uin anlegt oder den Resonanz schwingkreis RS gedämpft schwingen lässt.The switch unit SE is designed such that it Resonant circuit RS clocked according to the rulesign nals Sw applies to the input voltage Uin or the resonance resonant circuit RS damped.

Zur Bereitstellung des Regelsignals Sw ist ein Rückkopplungs zweig mit der Vergleicheranordnung VA, dem Noise-Shaping- Filter NSF und der Wandlereinheit WE vorgesehen. Die Wandler einheit WE erzeugt dabei vorzugsweise ein zweiwertiges Sig nal, wobei der Resonanzschwingkreis RS getaktet an die Ein gangsspannung Uin angelegt wird, wenn das Regelsignal Sw ei nen ersten Signalpegel annimmt und wobei die Schaltereinheit SE den Resonanzschwingkreis RS gedämpft schwingen lässt, wenn das Regelsignal Sw einen zweiten Signalpegel annimmt. A feedback is provided to provide the control signal Sw branch with the comparator arrangement VA, the noise shaping NSF filter and the converter unit WE provided. The converters Unit WE preferably generates a two-valued Sig nal, the resonant circuit RS clocked to the on output voltage Uin is applied when the control signal Sw ei adopts a first signal level and the switch unit SE allows the resonant circuit RS to vibrate damped when the control signal Sw assumes a second signal level.

Wird der Resonanzschwingkreis RS über die Schaltereinheit SE getaktet mit einer Frequenz, die wenigstens annäherungsweise der Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises entspricht, an die Eingangsspannung Uin angelegt, so wird dem Resonanz schwingkreis RS mit jeder Schwingungsperiode eine diskrete Energiemenge zugeführt, die unter anderem von der Eingangs spannung Uin, der Resonanzfrequenz und einem an den Eingangs klemmen E1, E2 messbaren Eingangswiderstand Rin des Resonanz wandlers RW abhängig ist. Die Energieaufnahme des Resonanz wandlers RW kann damit nur getaktet mit diskreten Energiepak ten erfolgen. Um zu verhindern, dass die Ausgangsspannung U out bedingt durch diese nur in diskreten Energiepaketen mög liche Energieaufnahme starken Schwankungen unterliegt, ist in dem Rückkopplungszweig das Noise-Shaping-Filter NSF vorgese hen. Das Noise-Shaping-Filter NSF mittelt das aus dem Ver gleich des Ausgangssignals Sout mit dem Referenzsignal Sref resultierende Vergleichssignal Sv über eine vorgegebene Zeit und stellt das gefilterte Signal der Wandlereinheit WE zur Bereitstellung des Regelsignals Sw zur Verfügung. Aufgrund der Mittelung des Vergleichssignals Sv in dem Noise-Shaping- Filter NSF ist indem Regelsignal Sw, nach dessen Maßgabe ei ne Energieaufnahme in diskreten Energiepaketen oder keine E nergieaufnahme des Resonanzschwingkreises RS erfolgt, nicht nur die Information bezüglich des Momentanwertes der Aus gangsspannung Uout, sondern auch eine Information über das Verhalten der Ausgangsspannung Uout während einer vorgegebe nen vergangenen Zeitdauer enthalten. Das Noise-Shaping-Filter NSF hebt dabei hohe Frequenzanteile des Vergleichssignals Sv an und senkt tiefe Frequenzanteile des Vergleichssignals Sv ab.If the resonant circuit RS via the switch unit SE clocked at a frequency that is at least approximately corresponds to the resonance frequency of the resonant circuit, applied to the input voltage Uin, so the resonance resonant circuit RS a discrete with each oscillation period Amount of energy supplied, among other things by the input voltage Uin, the resonance frequency and one at the input clamp E1, E2 measurable input resistance Rin of the resonance converter RW is dependent. The energy consumption of the resonance converter RW can only be clocked with discrete energy pack ten. To prevent the output voltage U out possible due to this only in discrete energy packets energy consumption is subject to strong fluctuations the noise shaping filter NSF is provided on the feedback branch hen. The NSF noise-shaping filter averages this from the ver equal to the output signal Sout with the reference signal Sref resulting comparison signal Sv over a predetermined time and provides the filtered signal to the converter unit WE Provision of the control signal Sw available. by virtue of the averaging of the comparison signal Sv in the noise shaping Filter NSF is in the control signal Sw, according to its specification ne energy consumption in discrete energy packets or no E Energy absorption of the resonant circuit RS is not only the information regarding the instantaneous value of the off output voltage Uout, but also information about the Behavior of the output voltage Uout during a given contain a past period of time. The noise shaping filter NSF raises high frequency components of the comparison signal Sv and lowers low frequency components of the comparison signal Sv from.

Fig. 2 zeigt das Schaltnetzteil gemäß Fig. 1 mit beispiel haften Ausführungsformen des Resonanzwandlers RW, des Noise- Shaping-Filters NSF, der Vergleicheranordnung VA und der Wandlereinheit WE. Fig. 2 shows the switching power supply according to FIG. 1 with exemplary embodiments of the resonance converter RW, the noise-shaping filter NSF, the comparator arrangement VA and the converter unit WE.

Die Schaltereinheit SE des Resonanzwandlers RW weist in dem Ausführungsbeispiel eine Reihenschaltung eines ersten und zweiten Schalters 51, 52 zwischen den Eingangsklemmen E1, E2 auf, die durch eine Ansteuereinheit AE angesteuert sind. Hierzu ist ein Steuereingang des ersten Schalters 51 an eine erste Ausgangsklemme AA1 der Ansteuereinheit AE und ein Steu ereingang des zweiten Schalters 52 an eine Ausgangsklemme AA2 der Ansteuereinheit AE angeschlossen. Parallel zu dem zweiten Schalter 52 ist ein Resonanzschwingkreis geschaltet, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine Reihenschaltung einer Spule Lp und eines Kondensators C aufweist. Die Spule Lp ist eine Primärspule eines Transformators Tr, wobei eine Sekundärspule Ls dieses Transformators Tr induktiv an die Primärspule Lp gekoppelt und über eine Gleichrichteranordnung GLR mit einem nachgeschalteten Kondensator C2 an die Aus gangsklemmen A1, A2 angeschlossen ist.In the exemplary embodiment, the switch unit SE of the resonance converter RW has a series connection of first and second switches 51, 52 between the input terminals E1, E2, which are controlled by a control unit AE. For this purpose, a control input of the first switch 51 is connected to a first output terminal AA1 of the control unit AE and a control input of the second switch 52 is connected to an output terminal AA2 of the control unit AE. A resonant circuit is connected in parallel with the second switch 52 and, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, has a series connection of a coil Lp and a capacitor C. The coil Lp is a primary coil of a transformer Tr, a secondary coil Ls of this transformer Tr being inductively coupled to the primary coil Lp and connected to the output terminals A1, A2 via a rectifier arrangement GLR with a downstream capacitor C2.

Die Vergleicheranordnung VA besteht in dem Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2 aus einem Komparator, welcher das Aus gangsspannungssignal Sout mit dem Referenzsignal Sref ver gleicht.The comparator arrangement VA in the exemplary embodiment according to FIG. 2 consists of a comparator which compares the output voltage signal Sout with the reference signal Sref.

Das der Vergleicheranordnung VA nachgeschaltete Noise- Shaping-Filter NSF weist in dem Ausführungsbeispiel einen ersten Integrierer IT1 auf, dessen Eingang an die Eingangs klemme EN des Noise-Shaping-Filter NSF angeschlossen ist. Dem ersten Integrierer IT1 ist ein zweiter Integrierer IT2 nach geschaltet, wobei ein Ausgangssignal des ersten Integrierers IT1 einem Eingang des zweiten Integrierers IT2 und wobei ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers IT2 einem Addierer ADD zugeführt ist. Diesem Addierer ist neben dem Ausgangssig nal des zweiten Integrierers IT2 das Eingangssignal des zwei ten Integrierers IT2 und das Eingangssignal des ersten In tegrierers IT1 zugeführt. Ein am Ausgang des Addierers ADD anliegendes Signal bildet ein Ausgangssignal Sn des Filters, welches der nachgeschalteten Wandlereinheit WE zugeführt ist. The noise downstream of the comparator arrangement VA Shaping filter NSF has one in the exemplary embodiment first integrator IT1, whose input to the input terminal EN of the noise-shaping filter NSF is connected. the First integrator IT1 is a second integrator IT2 switched, with an output signal of the first integrator IT1 an input of the second integrator IT2 and being a Output signal of the second integrator IT2 an adder ADD is fed. This adder is next to the output sig nal of the second integrator IT2, the input signal of the two th integrator IT2 and the input signal of the first In tegrierers IT1 supplied. One at the output of the adder ADD applied signal forms an output signal Sn of the filter, which is fed to the downstream converter unit WE.

Diese Wandlereinheit WE ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 als Komparator ausgebildet, wobei das Filterausgangs signal Sn einer ersten Eingangsklemme EW1 zugeführt ist und wobei eine zweite Eingangsklemme EW2 der Wandlereinheit WE an ein Bezugspotential angeschlossen ist, auf welches auch das Filterausgangssignal bezogen ist. Ein Ausgangssignal des als Wandlereinheit WE dienenden Komparators nimmt einen oberen Signalpegel an, wenn das Filterausgangssignal Sn größer als das Bezugspotential ist und das Ausgangssignal Sw des als Wandlereinheit WE dienenden Komparators nimmt einen unteren Signalpegel an, wenn das Filterausgangssignal Sn kleiner als das Bezugspotential ist.This converter unit WE is designed as a comparator in the embodiment of FIG. 2, the filter output Sn a first input terminal is signal supplied to EW1 and wherein a second input terminal EW2 is the transducer unit WE connected to a reference potential to which also the filter output signal is related. An output signal of the comparator serving as converter unit WE assumes an upper signal level if the filter output signal Sn is greater than the reference potential and the output signal Sw of the comparator serving as converter unit WE assumes a lower signal level if the filter output signal Sn is less than the reference potential.

Die Ansteuereinheit AE steuert den ersten und zweiten Schal ter S1, S2 abhängig von dem am Steuereingang E3 anliegenden Regelsignals Sw an. Ist das Ausgangssignal Uout im Mittel kleiner als das Referenzsignal Sref so ist das Filteraus gangssignal Sn größer als das Bezugspotential und das Aus gangssignal Sw der Wandlereinheit WE nimmt einen oberen Sig nalpegel an. Bei zu kleiner Ausgangsspannung Uout muss dem Resonanzwandler RW Energie zugeführt werden, das heißt die Ansteuereinheit AE steuert den ersten und zweiten Schalter S1, S2 derart an, dass der Resonanzschwingkreis Lp, C getak tet mit seiner Resonanzfrequenz an die Eingangsspannung Uin angelegt wird. Dazu wird während einer halben Periodendauer der Schalter S1 geschlossen und der Schalter S2 geöffnet, um dem Resonanzschwingkreis Energie zuzuführen. Anschließend wird für den Rest der Periode der Schalter S1 geöffnet und der Schalter S2 geschlossen.The control unit AE controls the first and second scarf ter S1, S2 depending on the one present at control input E3 Control signal Sw on. Is the output signal Uout on average the filter off is smaller than the reference signal Sref output signal Sn greater than the reference potential and the off output signal Sw of the converter unit WE takes an upper sig level. If the output voltage Uout is too low, the Resonance converter RW energy are supplied, that is Control unit AE controls the first and second switches S1, S2 so that the resonant circuit Lp, C getak tet with its resonance frequency to the input voltage Uin is created. This is done during half a period the switch S1 closed and the switch S2 opened to to supply energy to the resonant circuit. Subsequently switch S1 is opened for the rest of the period and switch S2 closed.

Ist die Ausgangsspannung Uout im Mittel zu groß, so nimmt das Regelsignal Sw einen unteren Signalpegel an, wobei in diesem Fall dem Resonanzwandler RW keine Energie zugeführt werden soll. Die Ansteuereinheit AE steuert den zweiten Schalter S2 dann dauerhaft an, während der erste Schalter S1 geöffnet ist. Der Resonanzschwingkreis Lp, C schwingt dann mit seiner Resonanzfrequenz aus, bis die Ausgangsspannung Uout wieder abgesunken ist und dem Resonanzschwingkreis Lp, C wieder ge taktet Energie zugeführt wird.If the output voltage Uout is too high on average, this takes Control signal Sw a lower signal level, in which If no energy is supplied to the resonance converter RW should. The control unit AE controls the second switch S2 then permanently on while the first switch S1 opens is. The resonant circuit Lp, C then oscillates with it Resonance frequency off until the output voltage Uout again has dropped and the resonant circuit Lp, C ge again clocks energy is supplied.

Bedingt durch das Noise-Shaping-Filter, welches das Ver gleichssignal Sv unter anderem integriert, wird bei der durch die Wandlereinheit durchgeführten Entscheidung, ob dem Reso nanzschwingkreis Lp, C Energie zugeführt werden soll oder nicht, nicht nur der momentane Wert der Ausgangsspannung U out, sondern auch der Verlauf der Ausgangsspannung Uout wäh rend eines vergangenen Zeitraums berücksichtigt, wobei dieser vergangene Zeitraum von den Zeitkonstanten der Integrierer IT1, IT2 abhängig ist, wobei die beiden Integrierer vorzugs weise unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen.Due to the noise shaping filter, which ver integrated signal Sv among other things, is in the by the converter unit made a decision whether the Reso nanzschwingkreis Lp, C energy is to be supplied or not, not just the current value of the output voltage U out, but also the course of the output voltage Uout past period, taking this into account past period from the time constants of the integrators IT1, IT2 is dependent, the two integrators preferred have different time constants.

Die durch das Noise-Shaping-Filter NSF bedingte längerfristi ge Betrachtung des Ausgangssignals Uout bei der Entscheidung, ob dem Resonanzschwingkreis RS Energie zugeführt wird oder nicht, hilft die durch die Energiezuführung in diskreten E nergiepaketen bei Resonanzwandlern nach dem Stand der Technik hervorgerufenen Schwankungen des Ausgangssignals Uout bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil zu verhindern. The longer-termi caused by the NSF noise-shaping filter consideration of the output signal Uout when deciding whether energy is supplied to the resonant circuit RS or not, the energy supply in discrete E helps Energy packages for resonance converters according to the state of the art caused fluctuations in the output signal Uout at the to prevent switching power supply according to the invention.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

A1, A2 Ausgangsklemmen des Resonanzwandlers
AA1, AA2 Ausgangsklemmen der Ansteuereinheit
ADD Addierer
AE Ansteuereinheit
AN Ausgangsklemme des Noise-Shaping-Filters
E1, E2 Eingangsklemmen des Resonanzwandlers
E3 Steuereingang
EN Eingangsklemme des Noise-Shaping-Filters
EV1, EV2 Eingangsklemmen der Vergleicheranordnung
EW Eingangsklemme der Wandlereinheit
GLR Gleichrichteranordnung
IT1, IT2 Integrierer
Lp Primärspule eines Transformators
Ls Sekundärspule eines Transformators
NSF Noise-Shaping-Filter
Rin Eingangswiderstand
Rl Last
RS Resonanzschwingkreis
RW Resonanzwandler
S1, S2 Schalter
SE Schaltereinheit
Sout Ausgangsspannungssignal
Sref Referenzsignal
Sv Ausgangssignal der Vergleicheranordnung
Sv Vergleichssignal
Sw Ausgangssignal der Wandlereinheit
Tr Transformator
Uin Eingangsspannung
Uout Ausgangsspannung
Uref Referenzspannungsquelle
VA Vergleicheranordnung
WE Wandlereinheit
A1, A2 output terminals of the resonance converter
AA1, AA2 output terminals of the control unit
ADD adder
AE control unit
ON output terminal of the noise shaping filter
E1, E2 input terminals of the resonance converter
E3 control input
EN Noise shaping filter input terminal
EV1, EV2 input terminals of the comparator arrangement
EW input terminal of the converter unit
GLR rectifier arrangement
IT1, IT2 integrator
Lp primary coil of a transformer
Ls secondary coil of a transformer
NSF noise shaping filter
Rin input resistance
Rl load
RS resonant circuit
RW resonance converter
S1, S2 switch
SE switch unit
Sout output voltage signal
Sref reference signal
Sv output signal of the comparator arrangement
Sv comparison signal
Sw output signal of the converter unit
Tr transformer
Uin input voltage
Uout output voltage
Uref reference voltage source
VA comparator arrangement
WE converter unit

Claims

1. Switching power supply, which has the following features:
a resonance converter (RW) with input terminals (E1, E2) for applying an input voltage (Uin), output terminals (A1, A2) for providing an output voltage (Uout) and a control input (E3),
a comparator unit (VA), with a first input terminal (EV1) which is supplied with an output signal (Sout) dependent on the output voltage (Uout), a second input terminal (EV2) which is supplied with a reference signal (Sref), and with an output terminal (AV) at which a comparison signal (Sv) which is dependent on a comparison of the output signal (Sout) with the reference signal (Sref) is available,
a converter unit (WE) with an input terminal (EW) and an output terminal (AW), the output terminal (AW) being connected to the control input (E3) of the resonance converter (RW),
a noise shaping filter (NSF), which is connected between the output terminal (AV) of the comparator unit (VA) and the input terminal (EW) of the converter unit (WE).

2. Switching power supply according to claim 1, in which at the output (AW) the converter unit (WE) a two-value signal (Sw) for ver is standing.

3. Switching power supply according to claim 1 or 3, in which the noise Shaping filter at least a first integrator (IT1) has.

4. Switching power supply according to one of claims 1 to 3, in which the noise shaping filter a first integrator (IT1) and a second downstream of the first integrator (IT1) Integrator has.

5. Switching power supply according to claim 4, wherein the integrator (IT1, IT2) have different time constants.

6. Switching power supply according to one of the preceding claims, in that of the resonance converter (RW) one to the input terminals (EK1, EK2) connected switch unit (SE) and one on the resonance circuit (RS) connected to the switch unit has, the resonant circuit inductively to the off gear clamps (A1, A2) is connected.

A switching power supply according to claim 6, wherein the switches are on unit (SE) between the input terminals (EK1, EK2) switched series connection of a first and second switch (S1, S2) and in which the resonant circuit (RS) is connected in parallel to the second switch (S2).

8. switching power supply according to claim 6 or 7, wherein the Reso nanzschwingkreis a series connection of a coil (Lp) and a capacitor (C).

9. switching power supply according to claim 8, wherein the coil (Lp) egg ne primary coil of a transformer (Tr), which is one second därspule (Ls), which at the output terminals (A1, A2) connected.

10. Switching power supply according to one of the preceding claims, in which a rectifier arrangement (GLR) between the Reso resonance circuit (RS) and the output terminals (A1, A2) ge is switched.

11. Switching power supply according to one of the preceding claims, in which the switch unit (SE) is a control unit (AE) with a first output terminal (AA1) to control the er most switch (S1), with a second output terminal (AA2) to control the second switch (S2) and with an on gear clamp for supplying an output signal (Sw) Has converter unit (WE).

12. Switching power supply according to claim 11, wherein the control is designed to measure the resonant circuit Handover of the output signal (Sw) of the converter unit (WE) to be applied to the input voltage (Uin).