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PFC-Steuerung in Schwachlast- und Standby-Betrieb

IP.com Disclosure Number: IPCOM000009997D
Published in the IP.com Journal: Volume 2 Issue 11 (2002-11-25)
Included in the Prior Art Database: 2002-Nov-25
Document File: 3 page(s) / 98K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Leistungsaufnahme von Schaltnetzteilen (SNT) fuer AC/DC-Wandlung im Standby-Betrieb soll durch die Einfuehrung entsprechender Normen gesenkt werden. Tabelle 1 zeigt die derzeit gueltigen Empfehlungen der Europaeischen Kommission. Aehnliche Forderungen werden auch fuer Stromver-sorgungen hoeherer Ausgangsleistung gestellt. Bei SNT, die keinen vorgeschalteten, aktiven Leis-tungsfaktorkorrektur- (PFC) Teil und damit nur einen PWM-Teil enthalten, werden die Normen mit zusaetzlichen Massnahmen, wie z.B. Burst-Betrieb, sichergestellt. Bild 1 zeigt ein Blockschaltbild eines SNT mit aktivem PFC Teil. Mit bisherigen Mitteln werden dort nur die Verluste im PWM-Teil vermindert. Der PFC-Teil bleibt von diesen Massnahmen bisher unbeein-flusst. Um auch dort eine Verminderung der Verluste im Standby Betrieb zu erreichen, sind weitere Zusatzmassnahmen erforderlich, die nachfolgend beschrieben werden. Die simple Abschaltung des PFC-Teils ist zwar moeglich, jedoch aus folgenden Gruenden nicht sehr vorteilhaft:  Die Vorregelung der Busspannung VBus entfaellt. Der PWM-Teil muss dann so dimensioniert wer-den, dass er bei Uebergang vom Standby- in den Normalbetrieb bei Nennlast keine Ueberlastung oder Zerstoerung des SNT verursacht. Dadurch werden passive Bauelemente und Leistungs-schalter entsprechend groesser.  Der PFC-Teil muss bei Uebergang vom Standby- in den Normalbetrieb bei Nennlast neben der Ausgangsleistung zusaetzlich die Buskondensator-Ladung bereitstellen. Untersuchungen haben gezeigt, dass dies im Continuous Conduction Mode Betrieb (CCM, „nicht lueckender Betrieb“) des PFC-Teils zur Zerstoerung von MOSFET und Diode dort fuehren kann.

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S

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PFC-Steuerung in Schwachlast- und Standby-Betrieb

Idea: Dr. Wolfgang Frank, DE-Muenchen; Dr. Ilia Zverev, DE-Muenchen; Michael Herfurth, DE-Muenchen

Die Leistungsaufnahme von Schaltnetzteilen (SNT) fuer AC/DC-Wandlung im Standby-Betrieb soll durch die Einfuehrung entsprechender Normen gesenkt werden. Tabelle 1 zeigt die derzeit gueltigen Empfehlungen der Europaeischen Kommission. Aehnliche Forderungen werden auch fuer Stromver- sorgungen hoeherer Ausgangsleistung gestellt. Bei SNT, die keinen vorgeschalteten, aktiven Leis- tungsfaktorkorrektur- (PFC) Teil und damit nur einen PWM-Teil enthalten, werden die Normen mit zusaetzlichen Massnahmen, wie z.B. Burst-Betrieb, sichergestellt.

Bild 1 zeigt ein Blockschaltbild eines SNT mit aktivem PFC Teil. Mit bisherigen Mitteln werden dort nur die Verluste im PWM-Teil vermindert. Der PFC-Teil bleibt von diesen Massnahmen bisher unbeein- flusst. Um auch dort eine Verminderung der Verluste im Standby Betrieb zu erreichen, sind weitere Zusatzmassnahmen erforderlich, die nachfolgend beschrieben werden.

Die simple Abschaltung des PFC-Teils ist zwar moeglich, jedoch aus folgenden Gruenden nicht sehr vorteilhaft:

[g183] Die Vorregelung der Busspannung VBus entfaellt. Der PWM-Teil muss dann so dimensioniert wer- den, dass er bei Uebergang vom Standby- in den Normalbetrieb bei Nennlast keine Ueberlastung oder Zerstoerung des SNT verursacht. Dadurch werden passive Bauelemente und Leistungs- schalter entsprechend groesser.

[g183] Der PFC-Teil muss bei Uebergang vom Standby- in den Normalbetrieb bei Nennlast neben der

Ausgangsleistung zusaetzlich die Buskondensator-Ladung bereitstellen. Untersuchungen haben gezeigt, dass dies im Continuous Conduction Mode Betrieb (CCM, "nicht lueckender Betrieb") des PFC-Teils zur Zerstoerung von MOSFET und Diode dort fuehren kann.

In der vorgeschlagenen Variante bleibt die PFC-Schaltung auch im Standby-Betrieb staendig einge- schaltet. Dadurch bleibt auch die Busspannung VBUS konstant auf dem Nominalwert, so dass die Ge- samtanordnung immer im zulaessigen Betriebsbereich gehalten wird. Abhaengig vom Lastzustand des Schaltnetzteils wird nun die Schaltfrequenz des PFC-Teils verringert. Die Kennlinie der Schaltfre- quenz abhaengig von der Last kann linear bzw. in sonst geeigneter Weise gestaltet sein. Dies bewirkt bereits niedrigere Schaltverluste. Die entsprechende Lastinformation kann auf unterschiedliche Arten erfasst werden, wie sie z.B. in Bild 2 a) bis c) dargestellt sind. Die in a) und b) gezeigten Varianten benoetigen zusaetzliche Filter, wobei der Filter von Variante b) auch in einen IC integriert werden kann. Das ist bei a) wegen der grossen Zeitkonstante ggf. nicht moeglich. Allen Varianten ist jedoch gemeinsam, dass eine groessere Last mit einem hoeheren Lastsignal VFR einhergeht.

Aufgrund der geringen Last und der dadurch verringerten Schaltfrequenz gelangt die...