DE102005050401A1 - Switching regulator has device for driving switches so that switching processes are conducted with switching frequency defined according to available input power - Google Patents

Switching regulator has device for driving switches so that switching processes are conducted with switching frequency defined according to available input power Download PDF

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DE102005050401A1
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Abstract

The device has a power supply for connection to its primary side via an input stage (1), a load for connection to its secondary side via an output stage. (5), at least one voltage converter with at least one series switch and a (9) device for detecting the currently available input power and a device (11) for driving the switches so that switching processes are conducted with a switching frequency defined according to the available input power. Independent claims are also included for the following: (A) a method of optimizing the efficiency of a switching regulator (B) a method of adjusting switching frequencies (C) a 2-wire measurement device (D) and a method of operating a switching regulator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltregler mit mindestens einen steuerbaren Schalter, ein Verfahren zur Ansteuerung der Schalter, sowie ein Verfahren zur Optimierung eines Wirkungsgrades des Schaltreglers.The The invention relates to a switching regulator with at least one controllable Switch, a method of controlling the switch, as well as a Method for optimizing the efficiency of the switching regulator.

In der industriellen Messtechnik werden Verbraucher regelmäßig über Schaltnetzteile an eine Energieversorgung angeschlossen. Die Verbraucher sind elektronische Geräte, insb. Messgeräte, Sensoren oder Transmitter. Die Schaltnetzteile umfassen in der Regel einen Schaltregler, der dazu dient eine von der Energieversorgung bereitgestellte Spannung auf eine vom Verbraucher benötigte Eingangsspannung zu regeln. Durch entsprechende Ausbildung der Schaltregler können diese zusätzlich eine galvanische Trennung zwischen dem Verbraucher und der Energieversorgung bewirken. Eine galvanische Trennung ist in der industriellen Messtechnik sehr häufig durch entsprechende Sicherheitsvorschriften vorgeschrieben.In In industrial metrology, consumers are regularly using switching power supplies connected to a power supply. Consumers are electronic Equipment, especially measuring devices, Sensors or transmitters. The switching power supplies usually include a switching regulator that serves one of the power supply supplied voltage to an input voltage required by the consumer regulate. By appropriate design of the switching regulator can this additionally a galvanic isolation between the consumer and the power supply cause. Galvanic isolation is used in industrial metrology very often through appropriate safety regulations prescribed.

Bei in der Mess- und Regeltechnik üblichen Anwendungen, z.B. bei der Kontrolle, Steuerung und/oder Automatisierung komplexer Prozesse, ist heute eine Vielzahl verschiedener Messgeräte, z.B. Druck-, Temperatur-, Durchfluss- und/oder Füllstandsmessgeräte, im Einsatz.at Typical applications in measurement and control technology e.g. in the control, control and / or automation complex Processes, today is a variety of different measuring devices, e.g. Print-, Temperature, flow and / or Level gauges, in use.

Ein Messgerät besteht in der Regel aus einem Messaufnehmer, der eine physikalische Messgröße erfasst und in eine elektrische Größe umwandelt, und einer Elektronik, die die elektrische Größe in ein Messsignal umwandelt. Die Messgeräte müssen einzeln angeschlossen werden, d.h. sie müssen mit Energie versorgt werden und das Messsignal muss einer übergeordneten Einheit zugeführt werden. Kernstück der übergeordneten Einheit ist üblicherweise eine Steuer- und/oder Regeleinheit, die die Messsignale erfasst, auswertet und in Abhängigkeit von den momentanen Messwerten Anzeige-, Steuer- und/oder Regelsignale für die Kontrolle, Steuerung und/oder Automatisierung eines Prozesses liefert. Beispiele hierfür sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Prozessleitsysteme (PLS) oder Personalcomputer (PC).One gauge usually consists of a sensor that has a physical Measured variable recorded and converted into an electrical quantity, and electronics that convert the electrical quantity into a measurement signal. The measuring devices have to be individually be connected, i. You need to be energized and the measurement signal must be a parent Unit supplied become. core the parent Unity is common a control and / or regulating unit which detects the measuring signals, evaluates and depending on the current measured values display, control and / or control signals for the Control, control and / or automation of a process delivers. Examples therefor are programmable logic controllers (PLC), process control systems (PLS) or personal computer (PC).

Um den Arbeitsaufwand, der bei der Installation der Messgeräte anfällt, gering zu halten werden in der Mess- und Regeltechnik bevorzugt Messgeräte mit nur einem Leitungspaar eingesetzt, über das sowohl die Versorgung des Messgeräts als auch die Signalübertragung erfolgt. Diese Geräte werden häufig als 2-Draht-Messgeräte bezeichnet. Standardmäßig werden solche Messgeräte von einer Energieversorgung mit 12 V gespeist und das Messgerät steuert einen über das Leitungspaar fließenden Strom in Abhängigkeit von einem momentanen Messwert. Das Messsignal ist bei diesen Messgeräten ein Signalstrom. Gemäß einem in der Mess- und Regeltechnik üblichen Standard wird der Signalstrom in Abhängigkeit von dem momentanen Messwert auf Werte zwischen einem minimalen Signalstrom von 4 mA und einem maximalen Signalstrom von 20 mA eingestellt.Around the amount of work involved in installing the measuring instruments is low In measuring and control technology, measuring instruments are preferred with only used a pair of wires, over this includes the supply of the measuring device as well as the signal transmission he follows. These devices become common as 2-wire measuring devices designated. By default such measuring devices powered by a 12V power supply and the meter controls one over the Line pair flowing Electricity in dependence from a momentary reading. The measuring signal is on with these measuring devices Signal current. According to one usual in measuring and control technology Standard is the signal current as a function of the current Measured value to values between a minimum signal current of 4 mA and a maximum signal current of 20 mA.

Da über das Leitungspaar sowohl die Versorgung als auch die Signalübertragung erfolgt steht dem Messgerät bei einer Speisespannung von 12 V und einem Signalstrom von 4 mA nur eine Leistung von 48 mW zur Verfügung. Entsprechend wichtig ist es, Verlustleistungen, wie sie beispielsweise bei der Übertragung der zur Verfügung stehenden Leistung durch einen Schaltregler auftreten können, gering zu halten.Because of that Line pair both the supply and the signal transmission is done the meter at a supply voltage of 12 V and a signal current of 4 mA only a power of 48 mW available. Accordingly important is it, loss, as for example, in the transfer the available standing power can occur through a switching regulator, low to keep.

1 zeigt einen Ausschnitt eines Blockschaltbildes für einen Schaltregler, wie er heute in Netzteilen von Verbrauchern, insb. in Verbindung mit 2-Draht-Messgeräten, zum Einsatz kommt. Es handelt sich bei dem dargestellten Beispiel um einen Gegentaktwandler. Der Schaltregler ist primärseitig über eine Eingangsbeschaltung 1 an eine Energieversorgung 3 anschließbar. Die Eingangsbeschaltung 1 umfasst zwei Anschlussleitungen 1a, 1b und einen in einem die Anschlussleitungen verbindenden Querzweig angeordneten Kondensator Ce. Zwischen den Anschlussleitungen liegt die Eingangsspannung Ue an. Sekundärseitig ist über eine Ausgangsbeschaltung 5 ein Verbraucher 7 anschließbar. Die Ausgangsbeschaltung 5 umfasst ebenfalls zwei Anschlussleitungen 5a, 5b, einen in einem die Anschlussleitungen verbindenden Querzweig angeordneten Kondensator Ca und eine in der Anschlussleitung 5a angeordnete Induktivität Ls. Zwischen den Anschlussleitungen 5a, 5b liegt entsprechend die Ausgangsspannung Ua des Schaltreglers. Der dargestellte Schaltregler umfasst einen Spannungswandler und zwei diesem vorgeschaltete Schalter T1, T2. Als Spannungswandler dient hier ein Transformator Tr, dessen Primärseite und dessen Sekundärseite jeweils zwei in Serie geschaltete einzeln anschließbare Spulen aufweist. Eine der Spulen der Primärseite ist über den Schalter T1 an die Eingangsbeschaltung 1 angeschlossen, die andere ist in umgekehrter Spannungsrichtung über den Schalter T2 an die Eingangsbeschaltung 1 angeschlossen. Die beiden Spulen der Sekundärseite sind jeweils über eine Diode D1, D2 mit der Eingangsseite entsprechender Anschlussrichtung an die Ausgangsbeschaltung 5 angeschlossen. Die Schaltaktivität der beiden Schalter T1, T2 wird durch eine mit dem jeweiligen Schalter T1, T2 verbundene Steuerung 9 ausgelöst. 1 shows a section of a block diagram for a switching regulator, as it is used today in power supplies of consumers, especially in connection with 2-wire measuring devices. It is in the illustrated example to a push-pull converter. The switching regulator is on the primary side via an input circuit 1 to a power supply 3 connected. The input circuit 1 includes two connecting cables 1a . 1b and a capacitor Ce arranged in a shunt branch connecting the leads. Between the connecting lines, the input voltage Ue is applied. Secondary side is via an output circuit 5 a consumer 7 connected. The output circuit 5 also includes two connecting cables 5a . 5b , a capacitor Ca arranged in a shunt branch connecting the connecting lines and one in the connecting line 5a arranged inductance Ls. Between the connection lines 5a . 5b is correspondingly the output voltage Ua of the switching regulator. The illustrated switching regulator comprises a voltage converter and two upstream of this switch T1, T2. The voltage transformer used here is a transformer Tr whose primary side and its secondary side each have two series-connected individually connectable coils. One of the coils of the primary side is connected to the input circuit via the switch T1 1 connected, the other is in the reverse voltage direction via the switch T2 to the input circuit 1 connected. The two coils of the secondary side are each connected via a diode D1, D2 with the input side corresponding connection direction to the output circuit 5 connected. The switching activity of the two switches T1, T2 is controlled by a control connected to the respective switch T1, T2 9 triggered.

Bei herkömmlichen Schaltreglern ist die Schaltfrequenz des Schaltreglers in der Regel fest vorgegeben. Die Ansteuerung der Schalter auf der Primärseite erfolgt üblicher weise durch einen Oszillator mit einer fest vorgegebenen Frequenz.at usual Switching regulators is usually the switching frequency of the switching regulator fixed. The control of the switches on the primary side is more common example by an oscillator with a fixed predetermined frequency.

Untersuchungen haben gezeigt, dass der Wirkungsgrad eines Schaltreglers unter anderem von der dem Schaltregler zugeführten Eingangsleistung und von der Schaltfrequenz abhängig ist. Dies ist in 2 graphisch dargestellt. Dort ist der Wirkungsgrad des Schaltreglers von 1 in Abhängigkeit von der Eingangsleistung für zwei verschiedene Schaltfrequenzen, f1 = 6,43 kHz und f2 = 12,8 kHz, dargestellt. Liegt die Eingangsleistung Pe unterhalb von 60 mW, so wird mit der höheren Schaltfrequenz f2 ein besserer Wirkungsgrad erzielt, lieg sie dagegen oberhalb von 60 mW, so wird mit der niedrigeren Schaltfrequenz f1 ein besserer Wirkungsgrad erzielt. Die entsprechenden Kurvensegmente mit höherem Wirkungsgrad sind in 2 durch Pfeile hervorgehoben.Investigations have shown that the efficiency of a switching regulator depends, inter alia, on the input power supplied to the switching regulator and on the switching frequency. This is in 2 shown graphically. There is the efficiency of the switching regulator of 1 as a function of the input power for two different switching frequencies, f1 = 6.43 kHz and f2 = 12.8 kHz. If the input power Pe is below 60 mW, then the higher switching frequency f2 results in better efficiency, whereas if it is above 60 mW, the lower switching frequency f1 results in better efficiency. The corresponding curve segments with higher efficiency are in 2 highlighted by arrows.

Immer dann, wenn Schaltregler in Anwendungen eingesetzt werden, in denen die zur Verfügung stehende Eingangsleistung begrenzt ist, ist es besonders wichtig, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Dies ist insb. in Verbindung mit 2-Draht-Messgeräten der Fall, wo die Eingangsleistung an das momentane Messergebnis gekoppelt ist.always when switching regulators are used in applications where the available limited input power, it is particularly important to achieve high efficiency. This is in particular in connection with 2-wire measuring devices the case where the input power to the instantaneous measurement result is coupled.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Schaltregler und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, mit dem ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.It It is an object of the invention to provide a switching regulator and a method specify for its operation, with the highest possible efficiency achievable is.

Hierzu besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Optimierung eines Wirkungsgrades eines Schaltreglers,

  • – der mindestens einen steuerbaren Schalter aufweist, bei dem
  • – die Schaltfrequenzen der Schalter in Abhängigkeit von einer momentan dem Schaltregler zugeführten Eingangsleistung und/oder einer momentan vom Schaltregler gelieferten Ausgangsleistung derart eingestellt werden, dass die Ausgangsleistung maximal ist.
For this purpose, the invention consists in a method for optimizing an efficiency of a switching regulator,
  • - Has at least one controllable switch, in which
  • - The switching frequencies of the switches in response to a currently supplied to the switching regulator input power and / or an output power currently supplied by the switching regulator are set such that the output power is maximum.

Weiter besteht die Erfindung in einem Schaltregler

  • – an dessen Primärseite über eine Eingangsbeschaltung eine Energieversorgung anschließbar ist,
  • – an dessen Sekundärseite über eine Ausgangsbeschaltung ein Verbraucher anschließbar ist, mit
  • – mindestens einem Spannungs-Wandler,
  • – der mindestens einen vorgeschalteten Schalter aufweist,
  • – einer Vorrichtung, die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Eingangsleistung zu Erfassen, und
  • – einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Schalter, die im Betrieb jeden Schalter derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz ausführt, die die Vorrichtung in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung vorgibt.
Furthermore, the invention consists in a switching regulator
  • On whose primary side an energy supply can be connected via an input circuit,
  • - At the secondary side via a Ausgangsbeschaltung a consumer is connected, with
  • At least one voltage converter,
  • Having at least one upstream switch,
  • - A device that serves in operation to detect a currently available input power, and
  • - A device for driving the switch, which controls each switch in operation such that it performs switching operations at a switching frequency, which predetermines the device in dependence on the currently available input power.

Gemäß einer Weiterbildung ist der Vorrichtung ein Speicher zugeordnet, in dem eine Tabelle abgelegt ist, in der für jeden Schalter Wertepaare abgelegt sind, in denen Werten der Eingangsleistung Schaltfrequenzen zugeordnet sind, bei denen der Schaltregler einen optimalen Wirkungsgrad aufweist.According to one Further development, the device is assigned a memory in which a table is stored in the value pairs for each switch are stored, in which values of the input power switching frequencies are assigned, in which the switching regulator optimum efficiency having.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Einstellung von Schaltfrequenzen von Schaltern eines erfindungsgemäßen Schaltreglers, bei dem

  • – die Eingangsleistung gemessen wird, und
  • – die Schaltfrequenzen der Schalter in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung derart angepasst werden, dass die Ausgangsleistung maximiert wird.
The invention further relates to a method for setting switching frequencies of switches of a switching regulator according to the invention, in which
  • - the input power is measured, and
  • - The switching frequencies of the switches are adjusted in response to the currently available input power such that the output power is maximized.

Weiter besteht die Erfindung in einem Schaltregler

  • – an dessen Primärseite über eine Eingangsbeschaltung eine Energieversorgung anschließbar ist,
  • – an dessen Sekundärseite über eine Ausgangsbeschaltung ein Verbraucher anschließbar ist, mit
  • – mindestens einem Spannungs-Wandler,
  • – der mindestens einen vorgeschalteten Schalter aufweist,
  • – einer Vorrichtung, die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Ausgangsleistung zu Erfassen, und
  • – einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Schalter, die im Betrieb jeden Schalter derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz ausführt, die die Vorrichtung in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Ausgangsleistung vorgibt.
Furthermore, the invention consists in a switching regulator
  • On whose primary side an energy supply can be connected via an input circuit,
  • - At the secondary side via a Ausgangsbeschaltung a consumer is connected, with
  • At least one voltage converter,
  • Having at least one upstream switch,
  • - A device which serves in operation to detect a currently available output power, and
  • - A device for driving the switch, which controls each switch in operation such that it performs switching operations at a switching frequency that predetermines the device in dependence on the currently available output power.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Einstellung von Schaltfrequenzen von Schaltern des zuletzt genannten Schaltreglers, bei dem

  • – eine Ausgangsleistung des Schaltreglers gemessen wird,
  • – die Vorrichtung zur Ansteuerung der Schalter die Schaltfrequenzen der Schalter in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangsleistung derart anpasst, dass die Ausgangsleistung maximiert wird.
Furthermore, the invention consists in a method for adjusting switching frequencies of switches of the latter switching regulator, in which
  • An output power of the switching regulator is measured,
  • - The device for driving the switches, the switching frequencies of the switches in response to the measured output power adapted to such that the output power is maximized.

Weiter besteht die Erfindung in einem 2-Draht Messgerät, das über zwei Leitungen an eine Energieversorgung anschließbar ist, mit

  • – einem Messaufnehmer, der im Betrieb eine physikalischen Messgröße erfasst und in eine elektrische Größe umwandelt,
  • – einer Elektronik,
  • – die anhand der elektrischen Größe ein Messergebnis ableitet,
  • – die im Betrieb einen über die beiden Leitungen fließenden Strom derart einstellt, dass der Strom ein Maß für das momentane Messergebnis ist,
  • – die einen Schaltregler umfasst,
  • – der über die beiden Leitungen gespeist wird,
  • – der im Betrieb eine Ausgangsspannung liefert, mit der der Messaufnehmer versorgt wird,
  • – der mindestens einen Spannungs-Wandler mit mindestens einem vorgeschalteten Schalter aufweist,
  • – einer Vorrichtung zur Erfassung einer dem Schaltregler zur Verfügung stehenden Eingangsleistung und/oder einer Vorrichtung zur Erfassung einer vom Schaltregler erzeugten Ausgangsleistung, und
  • – einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Schalter, die im Betrieb jeden Schalter derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz ausführt, die die Vorrichtung in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung und/oder der momentanen Ausgangsleistung des Schaltreglers vorgibt.
Furthermore, the invention consists in a 2-wire measuring device which can be connected to a power supply via two lines
  • A sensor which, during operation, acquires a physical quantity and converts it into an electrical quantity,
  • - an electronics,
  • - The basis of the electrical size of a knife derives
  • In operation sets a current flowing over the two lines in such a way that the current is a measure of the instantaneous measurement result,
  • - comprising a switching regulator,
  • - which is fed via the two lines,
  • - provides an output voltage in operation, with which the sensor is supplied,
  • Having at least one voltage converter with at least one upstream switch,
  • A device for detecting an input power available to the switching regulator and / or a device for detecting an output power generated by the switching regulator, and
  • - A device for driving the switch, which controls each switch in operation such that it performs switching operations at a switching frequency that predetermines the device in dependence on the currently available input power and / or the instantaneous output power of the switching regulator.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Schaltreglers,

  • – der zwei oder mehr Schalter aufweist,
  • – bei dem die Vorrichtung zur Ansteuerung der Schalter bei der Ansteuerung der Schalter Einschalt- und/oder Ausschaltzeiten der Schalter bei der Ansteuerung der Schalter berücksichtigt und durch eine zeitliche Anpassung der Ansteuerung der Schalter kompensiert.
Furthermore, the invention consists in a method for operating a switching regulator according to the invention,
  • Having two or more switches,
  • - In which the device for controlling the switch in the control of the switch switch-on and / or switch-off of the switch in the control of the switch taken into account and compensated by a time adjustment of the control of the switch.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaltfrequenzen der Schalter in Abhängigkeit von der aktuell zur Verfügung stehenden Eingangsleistung bzw. von der aktuellen Ausgangsleistung des Schaltreglers eingestellt werden. Hierdurch ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Schaltregler erzielbar. Entsprechend steht am Ausgang des Schaltreglers eine höhere Ausgangsleistung zur Verfügung.One Advantage of the invention is that the switching frequencies of Switch depending on currently available input power or the current output power of the Switching regulator can be adjusted. This is an increase in the Efficiency of the switching regulator achievable. Accordingly stands on Output of the switching regulator a higher Output power available.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen fünf Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.The Invention and further advantages will now be described with reference to the figures of Drawing in which five embodiments are shown, closer explained. Like elements are denoted by the same reference numerals in the figures Mistake.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Gegentaktwandlers; 1 shows a block diagram of a conventional push-pull converter;

2 zeigt den Wirkungsgrad des Schaltreglers von 1 in Abhängigkeit von einer dem Schaltregler zugeführten Eingangsleistung für zwei verschiedene Schaltfrequenzen; 2 shows the efficiency of the switching regulator of 1 in response to an input power supplied to the switching regulator for two different switching frequencies;

3 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Eintakt-Sperrwandlers; 3 shows a block diagram of a single-ended flyback converter according to the invention;

4 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Buck Step-Down Schaltreglers; 4 shows a block diagram of a Buck step-down switching regulator according to the invention;

5 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Gegentaktwandlers; 5 shows a block diagram of a push-pull converter according to the invention;

6 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Gegentaktwandlers mit Feldeffekttransistoren; 6 shows a block diagram of a push-pull converter according to the invention with field effect transistors;

7 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Steuersignale für die Schalter der in den 5 und 6 dargestellten Schaltregler; 7 shows a time course of control signals for the switches in the 5 and 6 illustrated switching regulator;

8 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Steuersignalen für die Schalter der in den 5 und 6 dargestellten Schaltregler, bei dem Ein- und Ausschaltzeiten der Schalter berücksichtigt werden; und 8th shows a time course of control signals for the switches in the 5 and 6 illustrated switching regulator, are considered in the on and off times of the switch; and

9 zeigt ein Blockschaltbild eines 2-Draht-Messgeräts mit einem erfindungsgemäßen Schaltregler. 9 shows a block diagram of a 2-wire measuring device with a switching regulator according to the invention.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Schaltreglers. Es handelt sich hierbei um einen Eintakt-Sperrwandler. Der Schaltregler ist primärseitig über eine Eingangsbeschaltung 1 an eine Energieversorgung 3 anschließbar. Die Eingangsbeschaltung 1 umfasst zwei Anschlussleitungen 1a, 1b und einen in einem die Anschlussleitungen verbindenden Querzweig angeordneten Kondensator Ce. Zwischen den Anschlussleitungen liegt die Eingangsspannung Ue an. Sekundärseitig ist über eine Ausgangsbeschaltung 5 ein Verbraucher 7 anschließbar. Die Ausgangsbeschaltung 5 umfasst ebenfalls zwei Anschlussleitungen 5a, 5b und einen in einem die Anschlussleitungen 5a, 5b verbindenden Querzweig angeordneten Kondensator Ca. Zwischen den Anschlussleitungen 5a, 5b liegt die Ausgangsspannung Ua des Schaltreglers. Der dargestellte Schaltregler umfasst einen Spannungswandler und einen diesem vorgeschalteten Schalter S. Als Spannungswandler dient hier ein Transformator T, dessen Primärseite über den Schalter S an die Eingangsbeschaltung 1 angeschlossen ist und dessen Sekundärseite über eine Diode D an die Ausgangsbeschaltung 5 angeschlossen ist. Die Diode D befindet sich in der Anschlussleitung 5a zwischen dem Transformator T und dem die Anschlussleitungen 5a, 5b verbindenden Querzweig. 3 shows a block diagram of a first switching regulator according to the invention. It is a one-shot flyback converter. The switching regulator is on the primary side via an input circuit 1 to a power supply 3 connected. The input circuit 1 includes two connecting cables 1a . 1b and a capacitor Ce arranged in a shunt branch connecting the leads. Between the connecting lines, the input voltage Ue is applied. Secondary side is via an output circuit 5 a consumer 7 connected. The output circuit 5 also includes two connecting cables 5a . 5b and one in one the connecting wires 5a . 5b connecting shunt branch arranged capacitor Ca. Between the connection lines 5a . 5b is the output voltage Ua of the switching regulator. The switching regulator shown comprises a voltage converter and a switch S connected upstream thereof. The voltage transformer used here is a transformer T whose primary side is connected to the input circuit via the switch S. 1 is connected and its secondary side via a diode D to the output circuit 5 connected. The diode D is located in the connecting cable 5a between the transformer T and the connecting lines 5a . 5b connecting transverse branch.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung 9 vorgesehen, die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Eingangsleistung Pe zu erfassen. Die Vorrichtung 9 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar an die Anschlussleitungen 1a, 1b der Eingangsbeschaltung 1 angeschlossen und umfasst beispielsweise eine Strom- und eine Spannungsmessschaltung. Die Eingangsleistung Pe entspricht dem Produkt von Eingangsstrom 1e und Eingangsspannung Ue, das mittels der Vorrichtung 9 bestimmt und in Form eines entsprechenden Ausgangssignals APe zur Verfügung gestellt wird. Selbstverständlich kann die zur Verfügung stehende Eingangsleistung Pe auch auf andere Weise bestimmt werden. Vorzugsweise werden dabei Komponenten genutzt, die aufgrund der Anwendung in der der Schaltregler eingesetzt wird, ohnehin vorhanden sind. Beispielsweise ist bei der Anwendung von Schaltreglern in 2-Draht-Messgeräten im Messgerät in der Regel eine elektronische Einheit vorhanden, die den Eingangsstrom 1e auf einen dem momentanen Messwert entsprechenden Wert regelt. Eine solche Einheit ist z.B. ein im Messgerät enthaltener Mikroprozessor, ein programmierbarer Baustein oder ein ASIC, und eine daran angeschlossene Schaltung zur Einstellung des Eingangsstroms 1e. Die Eingangsspannung Ue ist bei diesen Anwendungen entweder fest vorgegeben und damit bekannt, oder sie kann über eine entsprechende Spannungsmessschaltung gemessen werden.According to the invention is a device 9 is provided, which serves in operation to capture a currently available input power Pe. The device 9 is in the illustrated embodiment directly to the Anschlußlei obligations 1a . 1b the input circuit 1 connected and includes, for example, a current and a voltage measuring circuit. The input power Pe corresponds to the product of input current 1e and input voltage Ue, by means of the device 9 determined and provided in the form of a corresponding output signal APe. Of course, the available input power Pe can also be determined in other ways. Preferably components are used that are used anyway due to the application in which the switching regulator is used. For example, in the application of switching regulators in 2-wire gauges in the meter usually an electronic unit is present, the input current 1e to a value corresponding to the instantaneous measured value. Such a unit is eg a microprocessor contained in the measuring device, a programmable component or an ASIC, and a circuit connected thereto for adjusting the input current 1e , The input voltage Ue is either fixed and thus known in these applications, or it can be measured via a corresponding voltage measurement circuit.

Der erfindungsgemäße Schaltregler weist eine Vorrichtung 11 zur Ansteuerung des Schalters S auf. Diese Vorrichtung 11 umfasst beispielsweise einen Mikroprozessor, ein ASIC oder einen programmierbaren Baustein 11a und einen daran über eine Zusatzlogik angebundenen Treiber 11b. Die Vorrichtung 11 steuert den Schalter S im Betrieb derart an, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz f ausführt, die die Vorrichtung 11 in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe vorgibt. Die aktuelle Eingangsleistung Pe steht der Vorrichtung 11 über das Ausgangssignal APe der Vorrichtung 9 zur Bestimmung der Eingangsleistung Pe zur Verfügung. Durch die Anpassung der Schaltfrequenz f des Schalters S an die aktuell zur Verfügung stehende Eingangsleistung Pe lässt sich der Wirkungsgrad des Schaltreglers deutlich verbessern. Hierdurch steht am Ausgang eine höhere Ausgangsleistung Pa zur Verfügung.The switching regulator according to the invention has a device 11 for controlling the switch S on. This device 11 includes, for example, a microprocessor, an ASIC or a programmable device 11a and a driver connected thereto via additional logic 11b , The device 11 controls the switch S in operation so that it performs switching operations at a switching frequency f, which is the device 11 depending on the currently available input power Pe pretends. The current input power Pe is the device 11 via the output signal APe of the device 9 for determining the input power Pe available. By adapting the switching frequency f of the switch S to the currently available input power Pe, the efficiency of the switching regulator can be significantly improved. As a result, a higher output power Pa is available at the output.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist der Vorrichtung 11 zur Ansteuerung des Schalters S ein Speicher 13 zugeordnet, in dem eine Tabelle abgelegt ist, in der für den Schalter S Wertepaare abgelegt sind, in denen Werten der Eingangsleistung Pe Schaltfrequenzen zugeordnet sind, bei denen der Schaltregler einen optimalen Wirkungsgrad aufweist. Der Wirkungsgrad ist optimal, wenn bei einer vorgegebenen Eingangsleistung Pe eine maximale Ausgangsleistung Pa erzielt wird.According to a first variant of the invention, the device 11 for controlling the switch S a memory 13 assigned, in which a table is stored, in which for the switch S value pairs are stored in which values of the input power Pe switching frequencies are assigned, in which the switching regulator has an optimal efficiency. The efficiency is optimal when at a given input power Pe a maximum output power Pa is achieved.

Diese Tabelle kann beispielsweise aufgenommen werden, indem für ein Wertespektrum der Eingangsleistung Pe ∊ [Pe1, Pe2, ..., Pen] verschiedene Schaltfrequenzen f ∊ [f1, f2, ..., fk] durchlaufen werden und die jeweils erzielte Ausgangsleistung Pa des Schaltreglers gemessen wird. In der Tabelle wird für jeden Wert der Eingangsleistung Pe1, .., Pen diejenige Schaltfrequenz fj ∊ [f1, f2, ..., fk] abgelegt, bei der die größte Ausgangsleistung Pa des Schaltreglers erzielt wurde. Anstelle einer solchen diskreten Tabelle können selbstverständlich auch eine kontinuierliche Kennlinien aufgenommen und eingesetzt werden.These For example, table can be included by adding a range of values the input power Pe ε [Pe1, Pe2, ..., Pen] different Switching frequencies f ε [f1, f2, ..., fk] are traversed and the respective achieved output power Pa of the switching regulator measured becomes. In the table is for each value of the input power Pe1, .., Pen the switching frequency fj ε [f1, f2, ..., fk], where the largest output power Pa of the switching regulator has been achieved. Instead of such a discrete table can Of course Also, a continuous characteristics are recorded and used.

Die Tabelle, bzw. die Kennlinien können werkseitig für jeden einzelnen Schaltregler aufgenommen werden. Unter der Annahme, dass baugleiche Schaltregler sich annähernd gleich verhalten können sie aber auch einmalig für einen Schalterregler einer Produktionsserie aufgenommen werden und für weitere baugleiche Schaltregler der Serie eingesetzt werden.The Table or the characteristic curves can be factory-set for each individual switching regulator can be added. Assuming that identical switching regulators approximate can behave the same but also unique for be added to a switch controller of a production series and for more identical switching regulators of the series are used.

Die Erfindung ist nicht auf den beschriebenen Schaltregler begrenzt. Sie kann völlig analog auch auf andere aus der Literatur bekannte Schaltreglertypen, insb. Schaltregler ohne galvanische Trennung und/oder Schaltregler mit zwei oder mehr dem Spannungswandler vorgeschalteten Schaltern, angewandt werden. 4 zeigt ein Beispiel für einen Schaltregler mit einem einzigen vorgeschalteten Schalter S ohne galvanische Trennung. Es handelt sich dabei um einen aus der Literatur bekannten Buck Step-Down Schaltregler, der völlig analog zu dem in 3 dargestellten Schaltregler erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung 9 zur Erfassung der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe und mit einer Vorrichtung 11 zur Ansteuerung des Schalters S ausgestattet ist, die die Schaltfrequenz f des Schalters S in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe steuert. Als weitere Beispiele für Schaltregler ohne galvanische Trennung mit nur einem vorgeschalteten Schalter seien hier noch Boost, SEPIC und Cuk Schaltregler genannt.The invention is not limited to the described switching regulator. It can be applied in a completely analogous manner to other switching regulator types known from the literature, in particular switching regulators without galvanic isolation and / or switching regulators having two or more switches upstream of the voltage converter. 4 shows an example of a switching regulator with a single upstream switch S without galvanic isolation. It is a known from the literature buck step-down switching regulator, which is completely analogous to the in 3 illustrated switching regulator according to the invention with a device 9 for detecting the currently available input power Pe and with a device 11 is equipped to drive the switch S, which controls the switching frequency f of the switch S in response to the available input power Pe. As further examples of switching regulators without electrical isolation with only one upstream switch here are still called Boost, SEPIC and Cuk switching regulator.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltreglers mit zwei vorgeschalteten Schaltern S1, S2 und einer galvanischen Trennung. Kern des Schaltreglers ist ein Gegentaktwandler, wie er auch in 1 dargestellt ist. Der Schaltregler ist primärseitig über eine Eingangsbeschaltung 1 an eine Energieversorgung 3 anschließbar. Die Eingangsbeschaltung 1 umfasst zwei Anschlussleitungen 1a, 1b und einen in einem die Anschlussleitungen verbindenden Querzweig angeordneten Kondensator Ce. Zwischen den Anschlussleitungen liegt die Eingangsspannung Ue an. Sekundärseitig ist über eine Ausgangsbeschaltung 5 ein Verbraucher 7 anschließbar. Die Ausgangsbeschaltung 5 umfasst ebenfalls zwei Anschlussleitungen 5a, 5b, einen in einem die Anschlussleitungen verbindenden Querzweig angeordneten Kondensator Ca und eine in einer der Anschlussleitungen 5a angeordnete Induktivität Ls. Zwischen den Anschlussleitungen 5a, 5b liegt entsprechend die Ausgangsspannung Ua des Schaltreglers. Der dargestellte Schaltregler umfasst einen Spannungswandler und zwei diesem vorgeschaltete Schalter S1, S2. Als Spannungswandler dient hier ein Transformator Tr, dessen Primärseite und dessen Sekundärseite jeweils zwei in Serie geschaltete einzeln anschließbare Spulen N1, N2 und M1, M2 aufweist. Ein erster Anschluss der Spule N1 der Primärseite ist über den Schalter S1 an die untere Anschlussleitung 1b der Eingangsbeschaltung 1 angeschlossen und ein zweiter Anschluss derselben ist unmittelbar an die obere Anschlussleitung 1a angeschlossen. Die zweite Spule N2 der Primärseite ist in umgekehrter Richtung angeschlossen. Dabei ist ein erster Anschluss der Spule N2 unmittelbar an die obere Anschlussleitung 1a angeschlossen und ein zweiter Anschluss derselben ist über den Schalter S2 an die untere Anschlussleitung 1b angeschlossen. Da die beiden Spulen N1, N2 in Serie geschaltet sind fällt der erste Anschluss der Spule N2 mit dem zweiten Anschluss der Spule N1 zusammen. Die beiden Spulen M1, M2 der Sekundärseite sind jeweils über eine Diode D1, D2 an die Ausgangsbeschaltung 5 angeschlossen. Dabei ist ein erster Anschluss der Spule M1 über die Diode D1 und die Induktivität Ls mit der oberen Anschlussleitung 5a und ein zweiter Anschluss der Spule M1 unmittelbar mit der unteren Anschlussleitung 5b verbunden. Die zweite Spule M2 der Sekundärseite ist in umgekehrter Richtung angeschlossen, wobei ein erster Anschluss der Spule M2 mit der unteren Anschlussleitung 5b und ein zweiter Anschluss der Spule M2 über die Diode D2 und die Induktivität Ls an die obere Anschlussleitung 5a angeschlossen ist. Auch hier fallen der zweite Anschluss der Spule M1 und der erste Anschluss der Spule M2 aufgrund der Serienschaltung der beiden Spulen M1, M2 zusammen. 5 shows an embodiment of a switching regulator according to the invention with two upstream switches S1, S2 and a galvanic isolation. The core of the switching regulator is a push-pull converter, as it is also in 1 is shown. The switching regulator is on the primary side via an input circuit 1 to a power supply 3 connected. The input circuit 1 includes two connecting cables 1a . 1b and a capacitor Ce arranged in a shunt branch connecting the leads. Between the connecting lines, the input voltage Ue is applied. Secondary side is via an output circuit 5 a consumer 7 connected. The output circuit 5 also includes two connecting cables 5a . 5b , a capacitor Ca arranged in a shunt branch connecting the connection lines and one in one of the connection lines 5a arranged inductance Ls. Between the connection lines 5a . 5b is correspondingly the output voltage Ua of the switching regulator. The illustrated switching regulator comprises a voltage converter and two upstream of this switch S1, S2. The voltage transformer used here is a transformer Tr whose primary side and its secondary side each have two series-connected individually connectable coils N1, N2 and M1, M2. A first connection of the coil N1 of the primary side is via the switch S1 to the lower connection line 1b the input circuit 1 connected and a second connection of the same is directly to the upper connecting line 1a connected. The second coil N2 of the primary side is connected in the reverse direction. In this case, a first connection of the coil N2 is directly to the upper connecting line 1a connected and a second terminal thereof is via the switch S2 to the lower connection line 1b connected. Since the two coils N1, N2 are connected in series, the first terminal of the coil N2 coincides with the second terminal of the coil N1. The two coils M1, M2 of the secondary side are each connected to the output circuit via a diode D1, D2 5 connected. In this case, a first terminal of the coil M1 via the diode D1 and the inductance Ls with the upper connecting line 5a and a second terminal of the coil M1 directly to the lower lead 5b connected. The second coil M2 of the secondary side is connected in the reverse direction, wherein a first terminal of the coil M2 to the lower connecting line 5b and a second terminal of the coil M2 via the diode D2 and the inductance Ls to the upper connecting line 5a connected. Again, the second terminal of the coil M1 and the first terminal of the coil M2 due to the series connection of the two coils M1, M2 coincide.

Es ist eine Vielzahl ansteuerbarer Schalter S1, S2 auf dem Markt erhältlich. 6 zeigt eine Ausführungsform des in 5 dargestellten Schaltreglertyps, bei dem Feldeffekttransistoren FET1, FET2 als Schalter eingesetzt sind. Die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 sind über deren Source- und Drain-Anschlüsse in die jeweilige Anschlussleitung 1a, 1b eingebunden. Die Steuersignale, über die die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 angesteuert werden, liegen jeweils am Gate G1, G2 des jeweiligen Feldeffekttransistors FET1, FET2 an.There are a variety of controllable switches S1, S2 available on the market. 6 shows an embodiment of the in 5 illustrated switching regulator type, are used in the field effect transistors FET1, FET2 as a switch. The field effect transistors FET1, FET2 are via their source and drain terminals in the respective connecting line 1a . 1b involved. The control signals, via which the field-effect transistors FET1, FET2 are driven, are applied in each case to the gate G1, G2 of the respective field-effect transistor FET1, FET2.

Es ist möglich die Dioden D1, D2 durch aktive, d.h. selbsttätig öffnende und schließende, Schalter S3 und S4, zu ersetzen. Ein Beispiel hierfür ist ebenfalls in 6 dargestellt. Dort sind als Schalter S3 und S4 Feldeffekttransistoren FET3 und FET4 eingesetzt. Der Feldeffekttransistor FET3 tritt dabei an die Stelle der in 5 dargestellten Diode D1 und liegt über dessen Source- und Drain-Anschlüsse in der Anschlussleitung 5a. Das Gate des Feldeffekttransistor FET3 liegt über dessen Gate-Anschluss G3 auf dem gleichen Potential, wie der zweite Anschluss der Spule M2. Der Feldeffekttransistor FET4 tritt an die Stelle der in 5 dargestellten Diode D2 und liegt über dessen Source- und Drain-Anschlüsse in der Anschlussleitung 5b. Das Gate dieses Feldeffekttransistor FET4 liegt über dessen Gate-Anschluss G4 auf dem gleichen Potential, wie der erste Anschluss der Spule M1.It is possible to replace the diodes D1, D2 by active, ie automatically opening and closing, switches S3 and S4. An example of this is also in 6 shown. There are used as switches S3 and S4 field effect transistors FET3 and FET4. The field effect transistor FET3 takes the place of in 5 represented diode D1 and is located above its source and drain terminals in the connecting cable 5a , The gate of the field effect transistor FET3 is at the same potential as the second terminal of the coil M2 via its gate terminal G3. The field effect transistor FET4 takes the place of in 5 represented diode D2 and is located above its source and drain terminals in the connecting cable 5b , The gate of this field effect transistor FET4 is at its same potential as the first terminal of the coil M1 via its gate G4.

Erfindungsgemäß ist völlig analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Vorrichtung 9 vorgesehen, die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Eingangsleistung Pe zu erfassen. Die Vorrichtung 9 ist identisch zu den zuvor bereits beschriebenen Vorrichtungen und wird daher hier nicht erneut erläutert.According to the invention is completely analogous to the embodiments described above, a device 9 is provided, which serves in operation to capture a currently available input power Pe. The device 9 is identical to the devices already described above and will therefore not be explained again here.

Analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist auch hier eine Vorrichtung 11 zur Ansteuerung der Schalters S1, S2 vorgesehen. Die Vorrichtung 11 umfasst beispielsweise einen Mikroprozessor, ein ASIC oder einen programmierbaren Baustein 11a mit einem daran über eine Zusatzlogik angebundenen Treiber 11b. Die Vorrichtung 11 steuert die Schalter S1 und S2 im Betrieb derart an, dass diese Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz f1 und f2 ausführen, die die Vorrichtung 11 in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe vorgibt. Die aktuelle Eingangsleistung Pe steht der Vorrichtung 11 über das Ausgangssignal APe der Vorrichtung 9 zur Bestimmung der Eingangsleistung Pe zur Verfügung. Durch die Anpassung der Schaltfrequenzen f1 und f2 der Schalter S1 und S2 an die aktuell zur Verfügung stehende Eingangsleistung Pe lässt sich der Wirkungsgrad des Schaltreglers deutlich verbessern. Hierdurch steht am Ausgang eine höhere Ausgangsleistung Pa zur Verfügung.Analogous to the preceding embodiments, a device is also here 11 for controlling the switches S1, S2 provided. The device 11 includes, for example, a microprocessor, an ASIC or a programmable device 11a with a driver connected to it via additional logic 11b , The device 11 In operation, the switches S1 and S2 actuate such that they perform switching operations at a switching frequency f1 and f2 comprising the device 11 depending on the currently available input power Pe pretends. The current input power Pe is the device 11 via the output signal APe of the device 9 for determining the input power Pe available. By adapting the switching frequencies f1 and f2 of the switches S1 and S2 to the currently available input power Pe, the efficiency of the switching regulator can be significantly improved. As a result, a higher output power Pa is available at the output.

Hierbei kann der Vorrichtung 11 zur Ansteuerung der Schalters S1 und S2, genau wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, ein Speicher 13 zugeordnet, in dem eine Tabelle abgelegt ist, in der für jeden Schalter S1, S2 Wertepaare abgelegt sind, in denen Werten der Eingangsleistung Pe die Schaltfrequenzen f1 und f2 der Schalter S1, S2 zugeordnet sind, bei denen der Schaltregler einen optimalen Wirkungsgrad aufweist.Here, the device 11 for driving the switches S1 and S2, just as in the embodiment described above, a memory 13 assigned, in which a table is stored, in which for each switch S1, S2 pairs of values are stored in which values of the input power Pe the switching frequencies f1 and f2 of the switches S1, S2 are assigned, in which the switching regulator has an optimal efficiency.

Diese Tabelle kann beispielsweise aufgenommen werden, indem für ein Wertespektrum der Eingangsleistung Pe ∊ [Pe1, Pe2, ..., Pen] verschiedene Schaltfrequenzen f1 ∊ [f1, f2, ..., fk] und f2 ∊ [f1, f2, ..., fk] durchlaufen werden und die jeweils erzielte Ausgangsleistung Pa des Schaltreglers gemessen wird.These For example, table can be included by adding a range of values the input power Pe ε [Pe1, Pe2, ..., Pen] different Switching frequencies f1 ε [f1, f2, ..., fk] and f2 ε [f1, f2, ..., fk] and the respectively achieved output power Pa of the switching regulator is measured.

In der Tabelle werden für jeden Wert der Eingangsleistung Pe1, .., Pen für jeden Schalter diejenige Schaltfrequenz fj ∊ [f1, f2, ..., fk] abgelegt, bei der die größte Ausgangsleistung Pa des Schaltreglers erzielt wurde. Anstelle einer solchen diskreten Tabelle können selbstverständlich auch eine kontinuierliche Kennlinien aufgenommen und eingesetzt werden.In the table, for each value, the one Output power Pe1, .., Pen for each switch that switching frequency fj ε [f1, f2, ..., fk] stored, in which the largest output power Pa of the switching regulator was achieved. Of course, instead of such a discrete table, a continuous characteristic can also be recorded and used.

Bei der Vorgabe der Schaltfrequenzen, hier f1 und f2, wird eine durch das Funktionsprinzip des verwendeten Schaltreglertyps vorgegebene logische Verknüpfung zwischen den Schaltfrequenzen, hier f1 und f2, der einzelnen Schalter, hier S1 und S2, berücksichtigt. In der Regel sind die Schaltfrequenzen von zwei oder mehr Schaltern aufweisenden Schaltreglertypen mit einander logisch verknüpft, so dass bei der Optimierung des Wirkungsgrades häufig nur eine einzige Schaltfrequenz optimiert werden muss, aus der sich dann alle anderen Schaltfrequenzen unmittelbar anhand der logischen Verknüpfungen ergeben.at the default of the switching frequencies, here f1 and f2, a through the functional principle of the type of switching regulator used logical connection between the switching frequencies, here f1 and f2, the single switch, here S1 and S2, considered. In general, the switching frequencies of two or more switches having switching controller types logically linked to each other, so that in optimizing the efficiency often only a single switching frequency must be optimized, then all other switching frequencies result directly from the logical links.

Ein Beispiel für eine solche logische Verknüpfung der Schaltfrequenzen f1, f2 der Schalter S1 und S2 des in 5 dargestellten Schaltreglers besteht darin, beide Schalter S1 und S2 gegengleich mit der gleichen Schaltfrequenz f1 = f2 anzusteuern, d.h. S1 und S2 öffnen und schließen periodisch mit der gleichen Schaltfrequenz. Solange der Schalter S1 geschlossen ist, ist der Schalter S2 geöffnet, und umgekehrt. 7 zeigt zwei volle Perioden der entsprechenden Steuersignale für die Ansteuerung der beiden Schalter S1 und S2. Die Periodendauer P ist für beide Schalter S1, S2 identisch und jeder Schalter wechselt nach Ablauf einer halben Periode P/2 seine Schalterstellung, d.h. der Schalter S1 ist vom Startzeitpunkt t = 0 bis zum Ablauf einer halben Periode t = P/2 geschlossen, und danach vom Zeitpunkt t = P/2 bis zum Ablauf der Periode t = P geöffnet. Umgekehrt gilt für den Schalter S2, dass dieser vom Startzeitpunkt t = 0 bis zum Ablauf einer halben Periode t = P/2 geöffnet, und danach vom Zeitpunkt t = P/2 bis zum Ablauf der Periode t = P geschlossen ist.An example of such a logical combination of the switching frequencies f1, f2 of the switches S1 and S2 of the in 5 illustrated switching regulator is to control both switches S1 and S2 against the same switching frequency f1 = f2, ie S1 and S2 open and close periodically with the same switching frequency. As long as the switch S1 is closed, the switch S2 is open, and vice versa. 7 shows two full periods of the corresponding control signals for driving the two switches S1 and S2. The period P is identical for both switches S1, S2, and each switch changes its switch position after expiration of half a period P / 2, ie the switch S1 is closed from the start time t = 0 until the expiration of a half period t = P / 2, and thereafter opened from the time t = P / 2 until the expiration of the period t = P. Conversely, for the switch S2, it is open from the start time t = 0 until the expiration of half a period t = P / 2, and thereafter from the time t = P / 2 until the expiration of the period t = P.

Bei den obigen Ausführungen wurde die Optimierung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Schaltregler anhand der aktuellen Eingangsleistung Pe vorgenommen.at the above statements was the optimization of the efficiency of the switching regulator according to the invention based on the current input power Pe made.

Entsprechend dem vorgesagten umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung von Schaltfrequenzen von Schaltern eines Schaltreglers, bei dem die Schaltfrequenzen der Schalter in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung derart ausgewählt werden, dass der Schaltregler einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Damit wird für eine vorgegebene Eingangsleistung Pe eine maximale Ausgangsleistung Pa erzielt.Corresponding In the foregoing, the invention includes a method of adjustment of switching frequencies of switches of a switching regulator, in which the switching frequencies of the switches as a function of the currently disposal standing input power can be selected such that the switching regulator has a high efficiency. This is for a given input power Pe achieved a maximum output Pa.

Es ist aber ebenso möglich den Wirkungsgrad eines Schaltreglers anhand von dessen Ausgangsleistung zu optimieren. Dabei wird vorzugsweise derart verfahren, dass die Ausgangsleistung Pa des jeweiligen Schaltreglers gemessen wird und die Vorrichtung 11 zur Ansteuerung der Schalter, hier S bzw. S1 und S2, die Schaltfrequenzen f bzw. f1 und f2 der Schalter S bzw. S1 und S2 in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangsleistung Pa derart anpasst, dass die Ausgangsleistung Pa maximiert wird.But it is also possible to optimize the efficiency of a switching regulator based on its output power. In this case, the procedure is preferably such that the output power Pa of the respective switching regulator is measured and the device 11 for driving the switches, here S or S1 and S2, the switching frequencies f or f1 and f2 of the switches S and S1 and S2 in response to the measured output power Pa so adapted that the output power Pa is maximized.

Dieses Verfahren ist für alle eingangs beschriebenen Schaltregler möglich und nachfolgend anhand der 3 bis 6 näher erläutert. Die Schaltregler sind, völlig analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf deren Primärseite über eine Eingangsbeschaltung 1 eine Energieversorgung 3 anschließbar, und an deren Sekundärseite ist über eine Ausgangsbeschaltung 5 ein Verbraucher 7 anschließbar. Sie weisen mindestens einen Spannungs-Wandler, beispielsweise den in 3 dargestellten Transformator T, den in 4 dargestellten Wandler mit einer in einen Querzweig geschalteten Diode D und einer im Längszweig angeordneten Induktivität L, oder den in den 5 und 6 dargestellten Transformator Tr, auf, dem mindestens ein Schalter, beispielsweise die Schalter S in den 3 und 4, bzw. die Schalter S1 und S2 in den 5 und 6, vorgeschaltet ist.This procedure is possible for all switching regulators described in the introduction and subsequently based on the 3 to 6 explained in more detail. The switching regulators are, completely analogous to the previously described embodiments, on their primary side via an input circuit 1 an energy supply 3 connectable, and at the secondary side is via a Ausgangsbeschaltung 5 a consumer 7 connected. They have at least one voltage converter, for example the in 3 represented transformer T, the in 4 shown converter with a diode connected in a shunt branch D and arranged in the longitudinal branch inductance L, or in the 5 and 6 represented transformer Tr, on, the at least one switch, for example, the switch S in the 3 and 4 , or the switches S1 and S2 in the 5 and 6 , is upstream.

Die in den 3 bis 6 dargestellten Schaltregler weisen alle eine in den Figuren gestrichtelt eingezeichnete Vorrichtung 15 auf, die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Ausgangsleistung Pa zu erfassen. Diese Vorrichtung 15 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar an die Anschlussleitungen 5a, 5b der Ausgangsbeschaltung 5 angeschlossen und umfasst beispielsweise eine Strom- und eine Spannungsmessschaltung. Die Ausgangsleistung Pa entspricht dem Produkt von Ausgangsstrom Ia und Ausgangsspannung Ua, das mittels der Vorrichtung 15 bestimmt und in Form eines entsprechenden Ausgangssignals APa zur Verfügung gestellt wird. Selbstverständlich kann die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung Pa auch auf andere Weise bestimmt werden. Vorzugsweise werden dabei Komponenten genutzt, die aufgrund der Anwendung in der der Schaltregler eingesetzt wird, ohnehin vorhanden sind.The in the 3 to 6 The switching regulators shown all have a dashed line in the figures device 15 which serves in operation to detect a currently available output power Pa. This device 15 is in the illustrated embodiment directly to the connecting lines 5a . 5b the output circuit 5 connected and includes, for example, a current and a voltage measuring circuit. The output power Pa corresponds to the product of the output current Ia and the output voltage Ua generated by means of the device 15 determined and provided in the form of a corresponding output signal APa. Of course, the available output power Pa can also be determined in other ways. Preferably components are used that are used anyway due to the application in which the switching regulator is used.

Bei Schaltreglern, die eine galvanische Trennung aufweisen, wie z.B. die in den 3, 5 und 6 dargestellten Schaltregler, wird das Ausgangssignal APa vorzugsweise ebenfalls über eine galvanische Trennung 17 übertragen. Bei einer entsprechenden Aufbreitung des Ausgangssignals APa durch die Vorrichtung 15 kann als galvanische Trennung 17 beispielsweise ein Optokoppler eingesetzt werden.In switching regulators, which have a galvanic separation, such as in the 3 . 5 and 6 switching regulator shown, the output signal APa is preferably also via a galvanic isolation 17 transfer. Upon a corresponding propagation of the output signal APa through the device 15 can be as galvanic isolation 17 For example, an optocoupler can be used.

Das Ausgangssignal APa wird der in allen Ausführungsbeispielen der bereits beschriebenen Vorrichtung 11 zur Ansteuerung der Schalter S bzw. S1 und S2 zugeführt, die im Betrieb jeden Schalter S, bzw. S1 und S2, derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz f, bzw. f1 und f2 ausführt, die Vorrichtung 11 in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Ausgangsleistung Pa vorgibt.The output signal APa becomes the in all Embodiments of the device already described 11 for driving the switches S and S1 and S2, respectively, which in operation activates each switch S, or S1 and S2, in such a way that this switching operation executes at a switching frequency f, or f1 and f2, the device 11 depending on the currently available output power Pa pretending.

Die Ansteuerung der Schalter in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung Pa kann an die Stelle der zuvor beschriebenen Ansteuerung der Schalter in Abhängigkeit von der Eingangsleistung Pe treten. In dem Fall ist keine Vorrichtung 9 zur Bestimmung der aktuell zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe erforderlich. Die Schalter werden durch die Vorrichtung 11 mit einer beispielsweise werkseitig vorgegebenen Startfrequenzen in Betrieb genommen und es wird fortlaufend die zugehörige Ausgangsleistung Pa gemessen. Ausgehend von diesen Startfrequenzen regelt die Vorrichtung 11 die Schaltfrequenzen in Abhängigkeit von der jeweils aktuell gemessenen Ausgangsleistung Pe solange, bis eine maximale Ausgangsleistung Pamax am Ausgang zur Verfügung steht. Bei Schaltreglern, die zwei oder mehr Schalter aufweisen, werden dabei zwischen den Schaltfrequenzen der einzelnen Schalter bestehende logische Verknüpfungen berücksichtigt.The activation of the switches as a function of the output power Pa can take the place of the previously described activation of the switches in dependence on the input power Pe. There is no device in the case 9 to determine the currently available input power Pe required. The switches are going through the device 11 is put into operation, for example, with a starting frequency which is predetermined at the factory, for example, and the associated output power Pa is continuously measured. Starting from these start frequencies, the device controls 11 the switching frequencies as a function of the currently measured output power Pe as long as until a maximum output power Pa max is available at the output. In the case of switching regulators which have two or more switches, logic connections existing between the switching frequencies of the individual switches are taken into account.

Dieser erfindungsgemäße Schaltregler findet selbsttätig diejenigen Schaltfrequenzen, bei denen er einen optimalen Wirkungsgrad aufweist. Es müssen vorab keine Kennlinien oder vergleichbare Messdaten aufgenommen werden. Die Einstellung der Schaltfrequenzen in Abhängigkeit von der momentanen Ausgangsleistung Pa bietet den Vorteil, dass eine eventuell vorhandene Temperaturabhängigkeit der Schaltfrequenzen mit denen eine maximale Ausgangsleistung Pamax erzielbar ist automatisch mit einfließt und berücksichtigt wird.This switching regulator according to the invention automatically finds those switching frequencies in which it has an optimum efficiency. No characteristics or comparable measurement data must be recorded in advance. The adjustment of the switching frequencies as a function of the instantaneous output power Pa has the advantage that any temperature dependence of the switching frequencies with which a maximum output power Pa max can be achieved is automatically included and taken into account.

Wollte man eine solche Temperaturabhängigkeit bei der zuvor beschriebenen Variante der Einstellung der Schaltfrequenzen in Abhängigkeit von der Eingangsleistung Pe mit berücksichtigen, so ist dies beispielsweise durch die Ausstattung der Schaltregler mit einem Temperatursensor 18 und die Aufnahme der zughörigen Kennlinien bzw. Tabellen möglich. Der Temperatursensor 18 ist in den 3, 4, 5 und 6 eingezeichnet.If one wanted to take account of such a temperature dependence in the previously described variant of the setting of the switching frequencies as a function of the input power Pe, this is for example due to the equipment of the switching regulator with a temperature sensor 18 and recording the associated characteristics or tables possible. The temperature sensor 18 is in the 3 . 4 . 5 and 6 located.

Bei den beiden beschriebenen Verfahren zur Optimierung eines Wirkungsgrades eines Schaltreglers, der mindestens einen steuerbaren Schalter aufweist, werden die Schaltfrequenzen mit der die Schalter im Betrieb Schalten in Abhängigkeit von einer momentan dem Schaltregler zugeführten Eingangsleistung oder einer momentan vom Schaltregler gelieferten Ausgangsleistung derart eingestellt werden, dass die Ausgangsleistung maximal ist. Alternativ ist es aber auch möglich beide Verfahren zu kombinieren. Dabei werden die Schaltfrequenzen beispielsweise zunächst anhand der momentanen Eingangsleistung Pe wie oben beschrieben ermittelt. Die auf diese Weise ermittelten Schaltfrequenzen werden nachfolgend als Startwerte eingesetzt und in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangsleistung weiter optimiert.at the two described methods for optimizing an efficiency a switching regulator having at least one controllable switch, will switch the switching frequencies with which the switches are in operation dependent on from a momentarily the switching regulator supplied input power or a currently supplied by the switching regulator output power such be set so that the output power is maximum. alternative but it is also possible to combine both procedures. In this case, the switching frequencies, for example first determined on the basis of the instantaneous input power Pe as described above. The In this way, determined switching frequencies are below used as starting values and depending on the measured Output power further optimized.

Durch die Verwendung der Vorrichtung 11 ist es möglich nicht nur die Schaltfrequenzen, hier f1 und f2, der einzelnen Schalter, hier S1 und S2, zu optimieren, sondern auch auf die Form der Ansteuerung bzw. des Steuersignals während jeder Periode P Einfluss zu nehmen. Beispielsweise können einzelne Zeitabschnitte, während denen ein Schalter innerhalb einer Periode geöffnet oder geschlossen ist, durch die Ansteuerung einzeln und für jeden Schalter separat vorgegeben werden. Hierdurch ist es insbesondere möglich Einschalt- und/oder Ausschaltzeiten der verwendeten Schalter zu berücksichtigen. Bei herkömmlichen Schaltreglern wird üblicherweise davon ausgegangen, dass die Schalter unmittelbar einem daran anliegenden Steuersignal folgen. Tatsächlich benötigen Schalter aber eine endliche Zeit, um vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand zu wechseln und umgekehrt. Die Zeit, die ein Schalter benötigt, um zu schließen wird als Einschaltzeit bezeichnet. Die Zeit, die der Schalter benötigt, um zu öffnen wird entsprechend als Ausschaltzeit bezeichnet.By using the device 11 It is not only possible to optimize the switching frequencies, here f1 and f2, of the individual switches, here S1 and S2, but also to influence the form of the control or of the control signal during each period P. For example, individual periods of time during which a switch is open or closed within a period can be specified individually by the control and separately for each switch. As a result, it is possible in particular to consider switch-on and / or switch-off times of the switches used. In conventional switching regulators, it is usually assumed that the switches directly follow a control signal applied thereto. In fact, however, switches take a finite amount of time to switch from the closed state to the open state, and vice versa. The time it takes for a switch to close is called the on-time. The time required for the switch to open is referred to as the turn-off time.

Weist ein Schaltregler primärseitig mehr als einen Schalter auf, so können bei Vernachlässigung von deren Ein- und Ausschaltzeiten Zeiten auftreten, in denen undefinierte Schalterstellungen vorliegen. Bei dem anhand von 5 oder 6 beschriebenen Beispiel könnte beispielsweise der Fall eintreten, dass der Schalter S1 schon öffnet, während der Schalter S2 noch nicht vollständig geschlossen ist. In diesem Zustand würden die beiden Gegentaktstufen gegeneinander arbeiten, was zwangsläufig zu Verlustleistungen und damit zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führt.If a switching regulator has more than one switch on the primary side, neglecting its turn-on and turn-off times may result in times in which there are undefined switch positions. In the case of 5 or 6 example described could be the case, for example, that the switch S1 already opens, while the switch S2 is not yet fully closed. In this state, the two push-pull stages would work against each other, which inevitably leads to power losses and thus to a deterioration of the efficiency.

Diese Verlustleistungen lassen sich vermeiden, indem erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltreglers angewendet wird, bei dem die Vorrichtung 11 zur Ansteuerung der Schalter, hier S1 und S2, bei der Ansteuerung der Schalter deren ein Einschalt- und/oder Ausschaltzeiten ton, toff bei der Ansteuerung der Schalter berücksichtigt und durch eine zeitliche Anpassung der Ansteuerung der Schalter kompensiert. Die Einschaltzeiten ton und die Ausschaltzeiten toff der Schalter sind üblicherweise in den Datenblättern der Hersteller angegeben. Alternativ können sie aber auch ausgemessen werden.These power losses can be avoided by applying a method according to the invention for operating a switching regulator, in which the device 11 to control the switch, here S1 and S2, in the control of the switch whose turn on and / or turn off ton, toff considered in the control of the switch and compensated by a time adjustment of the control of the switch. The switch-on times ton and the switch-off times toff of the switches are usually specified in the data sheets of the manufacturer. Alternatively, they can also be measured.

Ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist in 8 dargestellt, in dem die Steuersignale mit High und Low angegeben sind und die zugehörigen Schalterstellungen graphisch dargestellt sind. Zu Beginn ist dort der Schalter S1 geschlossen. Das zugehörige Steuersignal ist Low. Nach einer halben Periode P/2 wechselt das Steuersignal von Low zu High und der Schalter S1 öffnet. Hierzu wird die Ausschaltzeit toff 1 benötigt. Damit der Schalter S1 nach Ablauf einer vollen Periode P vollständig geschlossen ist, wechselt das zugehörige Steuersignal bereits zu einem Zeitpunkt t = P – ton 1 auf Low. ton 1 bezeichnet die Einschaltzeit des Schalters S1. Es verbleibt im nächsten Zyklus auf Low bis zum Zeitpunkt t = 3/2P. Zum Zeitpunkt t = 3/2P wechselt das Steuersignal auf High und der Schalter S1 öffnet. Zur Zeit t = 3/2P + toff 1 ist der Schalter S1 dann vollständig geöffnet. Um zu vermeiden, das die beiden Gegentaktstufen gegeneinander treiben wird der Schalter S2 unter Berücksichtigung der Ein- und/oder Ausschaltzeiten ton 2, toff 2 gegengleich angesteuert. Der Schalter S2 ist zu Beginn geöffnet und das zugehörige Steuersignal ist High. Zu einem Zeitpunkt t = 1/2P – ton 2, der einer um die Einschaltzeit ton 2 des zweiten Schalters S2 verringerten halben Periodendauer P entspricht wechselt das Steuersignal für den zweiten Schalter S2 von High auf Low und der Schalter S2 schließt. Am Ende der halben Periodendauer t = P ist der Schalter S2 vollständig geschlossen und der Schalter S1 wird geöffnet. Am Ende der vollen Periode P ist der Schalter S1 aufgrund der oben beschriebenen Ansteuerung bereits vollständig geschlossen und der Schalter S2 kann wieder geöffnet werden. Entsprechend wechselt das Steuersignal für den zweiten Schalter S2 am Ende der Periode P von Low auf High. Der Schalter S2 öffnet. Zu einem Zeitpunkt t = 3/2P – ton 2, der einer um die Einschaltzeit ton 2 des zweiten Schalters S2 verringerten dreieinhalb-fachen Periodendauer 3/2P entspricht wechselt das Steuersignal für den zweiten Schalter S2 von High auf Low und der Schalter S2 schließt wieder. Am Ende der dreieinhalb fachen Periodendauer t = 3/2P ist der Schalter S2 vollständig geschlossen und der Schalter S1 wird geöffnet. Durch diese Ansteuerung der Schalter S1 und S2 ist sichergestellt, dass immer einer der Schalter S1 oder S2 vollständig geschlossen ist, bevor mit der Öffnung des anderen Schalters S2 oder S1 begonnen wird. Durch dieses Verfahren wird die Verlustleistung reduziert und damit der Wirkungsgrad des Schaltreglers verbessert.An example of the method according to the invention is in 8th presented in which the Steuerig nale are indicated with high and low and the associated switch positions are shown graphically. At the beginning, the switch S1 is closed there. The associated control signal is low. After half a period P / 2, the control signal changes from low to high and the switch S1 opens. For this purpose, the switch-off time t off 1 is required. So that the switch S1 is completely closed after a full period P has elapsed, the associated control signal already changes to low at a time t = P-t on 1 . t on 1 denotes the switch-on time of the switch S1. It remains low in the next cycle until time t = 3 / 2P. At the time t = 3 / 2P, the control signal changes to high and the switch S1 opens. At the time t = 3 / 2P + t off 1 , the switch S1 is then fully open. In order to avoid that the two push-pull stages are driven against each other, the switch S2 is driven in the same way, taking into account the on and / or off times t on 2 , t off 2 . The switch S2 is initially open and the associated control signal is high. At a point in time t = 1 / 2P-t on 2 , which corresponds to a half period duration P reduced by the switch-on time t on 2 of the second switch S2, the control signal for the second switch S2 changes from high to low and the switch S2 closes. At the end of half the period t = P, the switch S2 is fully closed and the switch S1 is opened. At the end of the full period P, the switch S1 is already completely closed due to the activation described above and the switch S2 can be opened again. Accordingly, the control signal for the second switch S2 at the end of the period P changes from low to high. The switch S2 opens. At a point in time t = 3 / 2P-t on 2 , which corresponds to a three-and-a-half-fold period duration 3 / 2P reduced by the switch-on time t on 2 of the second switch S2, the control signal for the second switch S2 changes from high to low and the switch S2 close again. At the end of the three and a half times the period t = 3 / 2P, the switch S2 is fully closed and the switch S1 is opened. This activation of the switches S1 and S2 ensures that always one of the switches S1 or S2 is completely closed before the opening of the other switch S2 or S1 is started. By this method, the power loss is reduced, thereby improving the efficiency of the switching regulator.

9 zeigt ein Blockschaltbild eines 2-Draht Messgeräts mit einem erfindungsgemäßen Schaltregler. Das Messgerät ist über zwei Leitungen 19a, 19b an eine Energieversorgung 3 anschließbar und weist einen Messaufnehmer 21 auf, der im Betrieb eine physikalischen Messgröße erfasst und in eine elektrische Größe umwandelt. Der Messaufnehmer 21 umfasst beispielsweise einen Sensor 23 zur Erfassung der Messgröße und eine zugeordnete Sensorelektronik 25 zur Umwandlung der Messgröße in eine elektrische Größe. Das 2-Draht Messgerät umfasst einen erfindungsgemäßen Schaltregler 27 der über die beiden Leitungen 19a, 19b gespeist wird und im Betrieb eine Ausgangsspannung Ua liefert, mit der der Messaufnehmer 21 versorgt wird. Der Schaltregler 27 weist mindestens einem Spannungs-Wandler 29 mit mindestens einem vorgeschalteten Schalter S auf. Beide Komponenten sind hier nur schematisch dargestellt. Prinzipiell ist hier jeder der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltregler einsetzbar. 9 shows a block diagram of a 2-wire measuring device with a switching regulator according to the invention. The meter is over two wires 19a . 19b to a power supply 3 connectable and has a sensor 21 which detects a physical measured variable during operation and converts it into an electrical variable. The sensor 21 includes, for example, a sensor 23 for the acquisition of the measured variable and an associated sensor electronics 25 for converting the measured variable into an electrical variable. The 2-wire measuring device comprises a switching regulator according to the invention 27 the over the two lines 19a . 19b is fed and in operation provides an output voltage Ua, with which the sensor 21 is supplied. The switching regulator 27 has at least one voltage converter 29 with at least one upstream switch S on. Both components are shown here only schematically. In principle, any of the switching regulators according to the invention described above can be used here.

Das 2-Draht Messgerät weist eine Elektronik auf, die anhand der elektrischen Größe ein Messergebnis ableitet. Diese Aufgabe kann ganz oder teilweise von der Sensorelektronik 25 übernommen werden.The 2-wire measuring device has electronics that derive a measurement result based on the electrical size. This task can be completely or partially done by the sensor electronics 25 be taken over.

Weiter umfasst die Elektronik eine Einheit, die im Betrieb einen über die beiden Leitungen 19a, 19b fließenden Strom Ie derart einstellt, dass der Strom Ie ein Maß für das momentane Messergebnis ist. Diese umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Mikroprozessor 31 und eine daran angeschlossene Schaltung 33 zur Einstellung des Eingangsstroms Ie. Letztere ist unmittelbar in die beiden Leitungen 19a, 19b eingesetzt, über die das Messgerät versorgt wird, und wird von dem Messgerät über einen Ausgang 34 des Mikroprozessors 31 gesteuert. An Stelle des Mikroprozessors 31 kann aber auch ein programmierbarer Baustein oder ein ASIC treten.Further, the electronics comprises a unit that operates one over the two lines 19a . 19b flowing current Ie adjusted so that the current Ie is a measure of the instantaneous measurement result. This includes in the illustrated embodiment, a microprocessor 31 and a connected circuit 33 for adjusting the input current Ie. The latter is directly in the two lines 19a . 19b used by the meter and is supplied by the meter via an output 34 of the microprocessor 31 controlled. In place of the microprocessor 31 but can also be a programmable device or an ASIC occur.

Die Sensorelektronik 25 erzeugt ein Messsignal und stellt dieses dem Mikroprozessor 31 über ein Verbindung 35 zur Verfügung. Je nach Aufbau des Messgeräts, kann dieses Messsignal M unmittelbar das aktuelle Messergebnis repräsentieren, es kann aber auch ein aufbereitetes und/oder vorverarbeites Sensorsignal sein, aus dem dann erst im Mikroprozessor 31 das aktuelle Messergebnis abgeleitet wird. Zusätzlich kann eine weitere vorzugsweise bidirektionale Verbindung 37 zwischen dem Mikroprozessor 31 und der Sensorelektronik 25 vorgesehen sein, über die der Mikroprozessor 31 mit der Sensorelektronik 25 kommuniziert.The sensor electronics 25 generates a measurement signal and presents this to the microprocessor 31 about a connection 35 to disposal. Depending on the design of the measuring device, this measurement signal M can directly represent the current measurement result, but it can also be a processed and / or preprocessed sensor signal from which then only in the microprocessor 31 the current measurement result is derived. In addition, another preferably bidirectional connection 37 between the microprocessor 31 and the sensor electronics 25 be provided, over which the microprocessor 31 with the sensor electronics 25 communicated.

Bei Anwendungen bei denen eine galvanische Trennung zwischen der Energieversorgung 3 und dem Messaufnehmer 21 erwünscht bzw. erforderlich ist, ist ein Schaltregler 27 mit einer galvanischen Trennung vorzusehen. In diesem Fall sind die beiden Verbindungen 35 und 37 zwischen dem Mikroprozessor 31 und der Sensorelektronik 25 ebenfalls mit einer galvanischen Trennung 39, 41 auszustatten. Dies ist in 9 symbolisch durch Transformatoren dargestellt.For applications where a galvanic isolation between the power supply 3 and the sensor 21 is desired or required is a switching regulator 27 to provide with a galvanic isolation. In this case, the two connections 35 and 37 between the microprocessor 31 and the sensor electronics 25 also with a galvanic isolation 39 . 41 equip. This is in 9 symbolically represented by transformers.

Erfindungsgemäß weist das 2 Draht Messgerät eine Vorrichtung zur Erfassung einer dem Schaltregler zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe und/oder eine Vorrichtung 15 zur Erfassung einer vom Schaltregler erzeugten Ausgangsleistung Pa auf. Zur Erfassung der Eingangsleistung Pe werden vorzugsweise Komponenten genutzt, die im 2-Draht Messgerät in Regel ohnehin vorhanden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies der Mikroprozessor 31 an den die Schaltung 33 zur Einstellung des Eingangsstroms Ie angeschlossen ist. Da der Mikroprozessor 31 den Eingangsstrom Ie abhängig vom Messergebnis vorgibt, liegt die Information über den aktuellen Eingangsstrom Ie im Mikroprozessor 31 vor. Die Eingangsspannung Ue ist bei diesen Anwendungen entweder fest vorgegeben und damit bekannt, oder sie kann über eine entsprechende Spannungsmessschaltung gemessen werden. Die Spannungsmessschaltung umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Verbindungsleitungen 43, 45 über die die beiden Leitungen 19a, 19b über einen Analog-Digital-Wandler 47 an den Mikroprozessor 31 angeschlossen sind. Der Analog-Digital-Wandler 47 ist vorzugsweise Bestandteil eines entsprechenden Eingangs des Mikroprozessors 31. Die über diesen Eingang abfallende Eingangsspannung Ue wird digitalisiert und die Information steht darüber dem Mikroprozessor 31 zur Verfügung, der dann anhand der aktuellen Eingangsspannung Ue und dem aktuellen Eingangsstrom Ie die zur Verfügung stehende Eingangsleistung Pe bestimmt.According to the invention, the 2-wire measuring device has a device for detecting an input power Pe and / or a device available to the switching regulator 15 for recording an output power Pa generated by the switching regulator. To capture the input power Pe, it is preferable to use components that are usually present in the 2-wire measuring device anyway. In the illustrated embodiment, this is the microprocessor 31 to the circuit 33 is connected to adjust the input current Ie. Because the microprocessor 31 specifies the input current Ie depending on the measurement result, the information about the current input current Ie is in the microprocessor 31 in front. The input voltage Ue is either fixed and thus known in these applications, or it can be measured via a corresponding voltage measurement circuit. The voltage measuring circuit comprises two connecting lines in the illustrated embodiment 43 . 45 over the the two lines 19a . 19b via an analog-to-digital converter 47 to the microprocessor 31 are connected. The analog-to-digital converter 47 is preferably part of a corresponding input of the microprocessor 31 , The falling across this input input voltage Ue is digitized and the information is about the microprocessor 31 available, which then determines the available input power Pe based on the current input voltage Ue and the current input current Ie.

Die im 2 Draht Messgerät vorgesehene Vorrichtung 15 zur Erfassung der Ausgangsleistung Pa des Schaltreglers 27 ist identisch zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und daher hier nicht erneut beschrieben. Das gleiche gilt für die gegebenenfalls vorgesehene galvanische Trennung 17.The device provided in the 2-wire measuring device 15 for detecting the output power Pa of the switching regulator 27 is identical to the previously described embodiments and therefore not described again here. The same applies to the optional galvanic isolation 17 ,

Erfindungsgemäß umfasst das 2 Draht Messgerät eine Vorrichtung 11 zur Ansteuerung der Schalter S, die im Betrieb jeden Schalter S derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz ausführt, die die Vorrichtung 11 in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung Pe und/oder der momentanen Ausgangsleistung Pa des Schaltreglers 27 vorgibt. Der Mikroprozessor 31 des 2-Draht Messgeräts übernimmt dabei die Funktion des in den vorangegangenen Beispielen beschriebnen Bausteins 11a und ist über eine Zusatzlogik mit dem Treiber 11b verbunden.According to the invention, the 2-wire measuring device comprises a device 11 for driving the switch S, which controls in operation each switch S such that it performs switching operations at a switching frequency, the device 11 depending on the currently available input power Pe and / or the instantaneous output power Pa of the switching regulator 27 pretends. The microprocessor 31 The 2-wire measuring device assumes the function of the block described in the previous examples 11a and is via an additional logic with the driver 11b connected.

11
EingangsbeschaltungInput
33
Energieversorgungpower supply
55
AusgangsbeschaltungOutput
77
Verbraucherconsumer
99
Vorrichtung zur Bestimmung der Eingangsleistungcontraption for determining the input power
1111
Vorrichtung zur Ansteuerung der Schaltercontraption for controlling the switches
11a11a
Mikroprozessormicroprocessor
11b11b
Zusatzlogik und Treiberadditional logic and drivers
1313
SpeicherStorage
1515
Vorrichtung zur Bestimmung der Ausgangsleistungcontraption for determining the output power
1717
galvanische Trennunggalvanic separation
1818
Temperatursensortemperature sensor
19a, 19b19a, 19b
Leitungencables
2121
Messaufnehmersensor
2323
Sensorsensor
2525
Sensorelektroniksensor electronics
2727
Schaltreglerswitching regulators
2929
SpannungswandlerDC converter
3131
Mikroprozessormicroprocessor
3333
Ausgang des Mikroprozessorsoutput of the microprocessor
3535
Verbindungconnection
3737
Verbindungconnection
3939
galvanische Trennunggalvanic separation
4141
gavanische Trennunggavanische separation
4343
Verbindungsleitungconnecting line
4545
Verbindungsleitungconnecting line
4747
Analog-Digital WandlerAnalog to digital converter

Claims (8)

Verfahren zur Optimierung eines Wirkungsgrades eines Schaltreglers, – der mindestens einen steuerbaren Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) aufweist, bei dem – die Schaltfrequenzen (f, f1, f2) der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) in Abhängigkeit von einer momentan dem Schaltregler zugeführten Eingangsleistung (Pe) und/oder einer momentan vom Schaltregler gelieferten Ausgangsleistung (Pa) derart eingestellt werden, dass die Ausgangsleistung (Pa) maximal ist.Method for optimizing efficiency a switching regulator, - of the has at least one controllable switch (S, S1, S2, FET1, FET2), in which - the Switching frequencies (f, f1, f2) of the switches (S, S1, S2, FET1, FET2) dependent on from an input power currently supplied to the switching regulator (Pe) and / or an output power currently supplied by the switching regulator (Pa) are set such that the output power (Pa) is maximum is. Schaltregler – an dessen Primärseite über eine Eingangsbeschaltung (1) eine Energieversorgung (3) anschließbar ist, – an dessen Sekundärseite über eine Ausgangsbeschaltung (5) ein Verbraucher (7) anschließbar ist, mit – mindestens einem Spannungs-Wandler, – der mindestens einen vorgeschalteten Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) aufweist, und – einer Vorrichtung (9), die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Eingangsleistung (Pe) zu Erfassen, und – einer Vorrichtung zur Ansteuerung (11) der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2), die im Betrieb jeden Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz (f, f1, f2) ausführt, die die Vorrichtung in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung (Pe) vorgibt.Switching regulator - on its primary side via an input circuit ( 1 ) an energy supply ( 3 ) is connectable, - at its secondary side via an output circuit ( 5 ) a consumer ( 7 ) is connectable, with - at least one voltage converter, - which has at least one upstream switch (S, S1, S2, FET1, FET2), and - a device ( 9 ), which serves in operation to detect a currently available input power (Pe), and - a device for driving ( 11 ) the switch (S, S1, S2, FET1, FET2), which in operation drives each switch (S, S1, S2, FET1, FET2) such that it performs switching operations with a switching frequency (f, f1, f2), the the device as a function of the currently available input power (PE) pretends. Schaltregler nach Anspruch 2, bei der der Vorrichtung ein Speicher (13) zugeordnet ist, in dem eine Tabelle abgelegt ist, in der für jeden Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) Wertepaare abgelegt sind, in denen Werten der Eingangsleistung (Pe) Schaltfrequenzen (f, f1, f2) zugeordnet, bei denen der Schaltregler einen optimalen Wirkungsgrad aufweist.Switching regulator according to claim 2, wherein the device is a memory ( 13 ) is assigned, in which a table is stored in which for each switch (S, S1, S2, FET1, FET2) value pairs are stored, in which values of the input power (Pe) switching frequencies (f, f1, f2) assigned, in which the switching regulator has an optimal efficiency. Verfahren zur Einstellung von Schaltfrequenzen (f, f1, f2) von Schaltern (S, S1, S2, FET1, FET2) eines Schaltreglers gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem – die dem Schaltregler zur Verfügung stehende Eingangsleistung (Pe) bestimmt wird, und – die Vorrichtung (11) zur Ansteuerung der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) die Schaltfrequenzen (f, f1, f2) der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung (Pe) derart anpasst, dass die Ausgangsleistung (Pa) maximiert wird.Method for setting switching frequencies (f, f1, f2) of switches (S, S1, S2, FET1, FET2) of a switching regulator according to claim 2 or 3, in which - the input power (Pe) available to the switching regulator is determined, and - the device ( 11 ) for driving the switches (S, S1, S2, FET1, FET2) the switching frequencies (f, f1, f2) of the switches (S, S1, S2, FET1, FET2) in dependence on the currently available input power (Pe) such that the output power (Pa) is maximized. Schaltregler – an dessen Primärseite über eine Eingangsbeschaltung (1) eine Energieversorgung (3) anschließbar ist, – an dessen Sekundärseite über eine Ausgangsbeschaltung (5) ein Verbraucher (7) anschließbar ist, mit – mindestens einem Spannungs-Wandler, – der mindestens einen vorgeschalteten Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) aufweist, und – einer Vorrichtung (15), die im Betrieb dazu dient, eine momentan zur Verfügung stehende Ausgangsleistung (Pa) zu Erfassen, und – einer Vorrichtung (11) zur Ansteuerung der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2), die im Betrieb jeden Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz (f, f1, f2) ausführt, die die Vorrichtung in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Ausgangsleistung (Pa) vorgibt.Switching regulator - on its primary side via an input circuit ( 1 ) an energy supply ( 3 ) is connectable, - at its secondary side via an output circuit ( 5 ) a consumer ( 7 ) is connectable, with - at least one voltage converter, - which has at least one upstream switch (S, S1, S2, FET1, FET2), and - a device ( 15 ), which in operation serves to detect a currently available output power (Pa), and - a device ( 11 ) for driving the switches (S, S1, S2, FET1, FET2), which in operation drives each switch (S, S1, S2, FET1, FET2) in such a way that it performs switching operations with a switching frequency (f, f1, f2) which predetermines the device as a function of the currently available output power (Pa). Verfahren zur Einstellung von Schaltfrequenzen (f, f1, f2) von Schaltern (S, S1, S2, FET1, FET2) eines Schaltreglers gemäß Anspruch 5, bei dem – eine Ausgangsleistung des Schaltreglers gemessen wird, und – die Vorrichtung (11) zur Ansteuerung der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) die Schaltfrequenzen (f, f1, f2) der Schalter (S, S1, S2, FET1, FET2) in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangsleistung (Pa) derart anpasst, dass die Ausgangsleistung (Pa) maximiert wird.Method for setting switching frequencies (f, f1, f2) of switches (S, S1, S2, FET1, FET2) of a switching regulator according to claim 5, in which - an output power of the switching regulator is measured, and - the device ( 11 ) for driving the switches (S, S1, S2, FET1, FET2) so adjusts the switching frequencies (f, f1, f2) of the switches (S, S1, S2, FET1, FET2) as a function of the measured output power (Pa), that the output power (Pa) is maximized. 2-Draht Messgerät, das über zwei Leitungen (19a, 19b) an eine Energieversorgung (3) anschließbar ist, mit – einem Messaufnehmer (21), der im Betrieb eine physikalischen Messgröße erfasst und in eine elektrische Größe umwandelt, – einer Elektronik, – die anhand der elektrischen Größe ein Messergebnis ableitet, – die im Betrieb einen über die beiden Leitungen (19a, 19b) fließenden Strom (Ie) derart einstellt, dass der Strom (Ie) ein Maß für das momentane Messergebnis ist, – die einen Schaltregler (27) umfasst, – der über die beiden Leitungen (19a, 19b) gespeist wird, – der im Betrieb eine Ausgangsspannung (Ua) liefert, mit der der Messaufnehmer (21) versorgt wird, – der mindestens einen Spannungs-Wandler (29) mit mindestens einem vorgeschalteten Schalter (S) aufweist, – einer Vorrichtung zur Erfassung einer dem Schaltregler zur Verfügung stehende Eingangsleistung und/oder einer Vorrichtung (15) zur Erfassung einer vom Schaltregler (27) erzeugten Ausgangsleistung (Pa), und – einer Vorrichtung (11a, 11b) zur Ansteuerung der Schalter (S), die im Betrieb jeden Schalter (S) derart ansteuert, dass dieser Schaltvorgänge mit einer Schaltfrequenz ausführt, die die Vorrichtung (11) in Abhängigkeit von der momentan zur Verfügung stehenden Eingangsleistung (Pe) und/oder der momentanen Ausgangsleistung (Pa) des Schaltreglers (27) vorgibt.2-wire measuring device, which has two lines ( 19a . 19b ) to a power supply ( 3 ), with - a sensor ( 21 ), which detects a physical quantity during operation and converts it into an electrical quantity, - an electronic unit, - which derives a measurement result on the basis of the electrical quantity, - which in operation uses the two lines ( 19a . 19b ) current (Ie) is set such that the current (Ie) is a measure of the instantaneous measurement result, - the one switching regulator ( 27 ), which - via the two lines ( 19a . 19b ) is supplied, - in operation, an output voltage (Ua) supplies, with which the sensor ( 21 ), - the at least one voltage converter ( 29 ) with at least one upstream switch (S), - a device for detecting an input power available to the switching regulator and / or a device ( 15 ) for detecting a from the switching regulator ( 27 ) output power (Pa), and - a device ( 11a . 11b ) for driving the switches (S), which in operation drives each switch (S) such that it performs switching operations at a switching frequency which the device ( 11 ) as a function of the currently available input power (Pe) and / or the instantaneous output power (Pa) of the switching regulator ( 27 ) pretends. Verfahren zum Betrieb eines Schaltreglers gemäß einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, – der zwei oder mehr Schalter (S1, S2, FET1, FET2) aufweist, – bei dem die Vorrichtung (11) zur Ansteuerung der Schalter (S1, S2, FET1, FET2) bei der Ansteuerung der Schalter (S1, S2, FET1, FET2) Einschalt- und/oder Ausschaltzeiten (ton 1, toff 1, ton 2, toff 2) der Schalter (S1, S2, FET1, FET2) bei der Ansteuerung berücksichtigt und durch eine zeitliche Anpassung der Ansteuerung der Schalter (S1, S2, FET1, FET2) kompensiert.Method for operating a switching regulator according to one of Claims 2, 3 or 5, - comprising two or more switches (S1, S2, FET1, FET2), - in which the device ( 11 ) for driving the switches (S1, S2, FET1, FET2) during the activation of the switches (S1, S2, FET1, FET2) switch-on and / or switch-off times (t on 1 , t off 1 , t on 2 , t off 2 ) the switch (S1, S2, FET1, FET2) taken into account during the control and compensated by a temporal adaptation of the control of the switches (S1, S2, FET1, FET2).
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