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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spannungsversorgungsvorrichtungen
und insbesondere auf eine Spannungsversorgungsvorrichtung, bei der
ein Hochfrequenz-Schaltbetrieb dafür sorgt, daß Energie zu einem Verbraucher
geliefert wird, wobei eine Verzerrung des Eingangsstroms unterdrückt wird.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Um
die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird zunächst eine
Anordnung einer zum Stand der Technik gehörenden Spannungsversorgungsvorrichtung,
und zwar ein spannungserhöhender
Wandler, der eine Schaltung mit einem aktiven Filter enthält, erklärt. In der
Spannungsversorgungsvorrichtung wird ein Wechselstrom durch eine
Gleichrichtungsschaltung, mit der eine Reihenschaltung aus einer
Induktivität
und einem Schalterelement verbunden ist, vollweggleichgerichtet,
und ein Lastkreis aus einem Glättungskondensator
und einem Verbraucher ist mit einem Verzweigungspunkt der Induktivität und des
Schalterelements über
eine Diode verbunden. Das Schalterelement wird durch eine PWM-Steuerungsschaltung
so gesteuert, daß ein Eingangsstrom
erfaßt
und ein Steuerungssignal ausgesandt wird, das dafür sorgt,
daß ein
Eingangsstrom proportional zu einer Eingangsspannung ist. Wenn das
Schalterelement geschlossen wird, wird die Induktivität erregt,
so daß Eingangsenergie
in der Induktivität
gespeichert wird. Danach sorgt das Öffnen des Schalterelements
dafür,
daß der
Eingang mit der Induktivität
in Reihe verbunden wird, so daß Energie zu
dem Lastkreis geliefert wird. Jetzt steigt der Eingangsstrom an,
wenn das Schalterelement geschlossen wird, während der Eingangsstrom abnimmt, wenn
das Schalterelement geöffnet
wird. Wenn der Eingangsstrom erfaßt wird, um das Schalterelement zu
steuern, kann die Oberwellenverzerrung des Eingangsstroms unterdrückt werden.
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Solch
eine zum Stand der Technik gehörende
obenerwähnte
Spannungsversorgungsvorrichtung weist jedoch das Problem auf, daß die Induktivität sehr groß sein muß, um den
Eingangsstrom zu begrenzen, was dazu führt, daß die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
sehr groß wird.
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In
der US-PS Nr. 5 229 690 ist ein Entladungslampen-Beleuchtungssystem
vorgeschlagen, das eine Spannungsversorgungsvorrichtung ohne Induktivität enthält. In der
Spannungsversorgungsvorrichtung wird ein Wechselstrom durch eine
Gleichrichtungsschaltung vollweggleichgerichtet, die mit einer Reihenschaltung
aus einer Entladungslampe und einem Schalterelement verbunden ist,
wobei eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode und einem Glättungskondensator
parallel zum Schalterelement geschaltet ist, und eine zweite Diode
zwischen einen Verzweigungspunkt der ersten Diode und des Glättungskondensators
und einen positiven Anschluß der Gleichrichtungsschaltung
geschaltet ist. Wenn bei dieser Spannungsversorgungsvorrichtung
das Schalterelement geöffnet wird,
wird der Glättungskondensator über die
Entladungslampe derart aufgeladen, daß die in dem Kondensator gespeicherte
Energie bei einer niedrigen Eingangspannung verwendet wird, um Eingangsoberwellen
zu unterdrücken.
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Jedoch
weist die obige Stromversorgungseinrichtung eine Einschränkung beim
Unterdrücken der
Eingangsoberwellen auf, da in der Nähe eines Nulldurchganges der
Eingangsspannung im wesentlichen kein Eingangsstrom fließt.
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In
WO 95/33 301 A1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Wechselspannung
in eine Gleichspannung beschrieben, die eine Gleichrichterbrücke und
einen Wandler umfaßt,
wobei zwei Reihenschaltungen parallel zum Eingang des Wandlers geschaltet
sind. Eine dieser Reihenschaltungen umfaßt einen ersten Kondensator
und eine erste Diode und die andere eine zweite Diode und einen
gesteuerten Schalter. Eine Spule ist zwischen den zwischen dem ersten
Kondensator und der ersten Diode liegenden Schaltungspunkt und den
zwischen der zweiten Diode und dem gesteuerten Schalter liegenden
Schaltungspunkt geschaltet. Ein Ausgangsanschluß der Gleichrichterbrücke ist
mit dem Verbindungspunkt der ersten Diode und des gesteuerten Schalters
verbunden, während
der zweite Ausgangsanschluß der Gleichrichterbrücke mit
einem Schalter verbunden ist, der dazu dient, den zweiten Ausgangsanschluß selektiv
mit dem Verbindungspunkt des ersten Kondensators und der zweiten
Diode oder alternativ dazu mit dem zwischen dem ersten Kondensator
und der ersten Diode liegenden Schaltungspunkt zu verbinden.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
195 11 242 A1 , von der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 ausgegangen wird, ist ebenfalls eine Spannungsversorgungsvorrichtung
offenbart, die eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren verwendet,
bei der ein Wechselstrom durch eine Gleichrichtungsschaltung vollweggleichgerichtet
wird, die an ihren Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus einem ersten Schalterelement und einem
ersten Kondensator verbunden ist, wobei eine Reihenschaltung aus
einem zweiten Kondensator und einem Lastkreis über ein zweites Schalterelement
parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet ist. Ein erstes Steuerungsmittel ist
vorgesehen, um die Menge der Ladungen, mit denen der erste Kondensator
von einer Stromquelle aufgeladen werden soll, zu steuern, oder,
um die Menge der Ladungen, die von dem ersten Kondensator bei seiner
Entladung zu dem Verbraucher geliefert werden, gemäß einer
Eingangsspannung zu steuern, so daß eine an dem ersten Kondensator
liegende Spannung nach dem Entladen der Ladungen zu dem Verbraucher
bezüglich
ihrer Signalform einem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal gleicht,
wobei die Hüllkurve
der Signalform des Eingangsstroms mit der Signalform der Eingangsspannung
in Übereinstimmung
gebracht werden kann, um dadurch Oberwellenkomponenten des Eingangsstromes
zu unterdrücken.
Ein zweites Steuerungsmittel dient dazu, eine Spannung an dem zweiten
Kondensator einzustellen, um eine Gleichspannung zu dem Lastkreis
zu liefern.
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Diese
Spannungsversorgungsvorrichtung ist jedoch unvorteilhaft, wenn es
gewünscht
ist, die Vorrichtung klein zu machen, da das Steuerungsmittel zur
Unterdrückung
der Oberwellenkomponenten des Eingangsstroms und das Steuerungsmittel
zur Lieferung einer konstanten Spannung zu dem Lastkreis getrennt
vorgesehen werden müssen.
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Somit
ist jede zum Stand der Technik gehörende Spannungsversorgungsvorrichtung
in unvorteilhafter Weise beschränkt,
was das Herstellen einer kleinen Vorrichtung und das Unterdrücken der
Eingangsoberwellen angeht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Spannungsversorgungsvorrichtung
zu schaffen, die die obigen Probleme des Stands der Technik beseitigt
und die Miniaturisierung und wirksame Unterdrückung der Eingangsoberwellen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wir durch die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination
gelöst.
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Bei
der vorliegenden Erfindung enthalten die Steuerungsmittel zur Einstellung
der Spannung am Kondensator vorzugsweise eine Induktivität. Der Kondensator
ist zum Beispiel an seinem einen Anschluß über ein zweites Schalterelement
mit einem Anschluß der
Induktivität
verbunden, und die Induktivität
ist mit dem anderen Anschluß über eine
erste Diode mit dem anderen Anschluß des Kondensators verbunden.
Ferner ist der Kondensator an seinem anderen Anschluß mit einem
Anschluß des
Glättungskondensators
verbunden. Eine zweite Diode ist zwischen den anderen Anschluß des Glättungskondensators
und einen Anschluß der
Induktivität
geschaltet und ein drittes Schalterelement ist zwischen den anderen
Anschluß des
Glättungskondensators und
den anderen Anschluß der
Induktivität
geschaltet. Die Steuerungsmittel verbinden die Induktivität und die
erste Diode über
das zweite Schalterelement in Reihe mit dem Kondensator, um die
Spannung an dem Kondensator einzustellen und die Energie in der Induktivität vorübergehend
zu speichern, wenn die Eingangsspannung höher als eine eingestellte Ausgangsspannung
ist, es verbindet den Glättungskondensator über das
zweite Schalterelement, die Induktivität und das dritte Schalterelement
mit dem Kondensator vom Spannungsstabilisierungsmittel, um den Kondensator
aufzuladen und die daran anliegende Spannung einzustellen und, um
die Energie in der Induktivität
zu speichern, wenn die Eingangsspannung eine eingestellte Ausgangsspannung
unterschreitet, und er liefert die in der Induktivität gespeicherte
Energie über
die zweite und erste Diode zu dem Lastkreis, sobald die Einstellung
der an dem Kondensator liegenden Spannung beendet ist, so daß das zweite
Schalterelement und das dritte Schalterelement geöffnet werden.
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Für den obigen
Kondensator wird vorzugsweise ein solcher verwendet, der bei Spannungsänderungen
relativ wenig Wärme
erzeugt und einen geringen Verlust aufweist. Außerdem wird für den obigen
Glättungskondensator
vorzugsweise ein Kondensator mit einer relativ großen Kapazität verwendet.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele be schränkt, sondern
es können
irgendwelche Elemente verwendet werden, sofern sie eine praktisch
anwendbare elektrostatische Kapazität aufweisen.
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Bei
der oben erwähnten
Spannungsversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht die
Spannungswandlerschaltung aus einer Kombination des Kondensators,
des Glättungskondensators und
des ersten Schalterelementes, so daß die Summe der an dem Kondensator
und an dem Glättungskondensator
anliegenden Spannungen bezüglich
der Signalform mit der Eingangsspannung in Übereinstimmung gebracht wird,
um dadurch die Eingangsoberwellenverzerrung zu unterdrücken, und
der Kondensator zur Speicherung der Spannung, die der Differenz
zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung entspricht, ist
mit der Eingangsspannung in Reihe verbunden, um eine Gleichspannung
zum Verbraucher zu liefern. Da das Steuerungsmittel zur Einstellung
der Spannung am Kondensator zur Speicherung der Spannungsdifferenz
das zweite und das dritte Schalterelement und die Induktivität und die erste
Diode und die zweite Diode enthält,
kann der Spitzenstrom zur Zeit der Einstellung der Spannung an dem
Kondensator reduziert werden. Da die in der Induktivität festgehaltene
Energie in dem Lastkreis wiedergewonnen wird, kann sowohl der Verlust
als auch die Wärmeerzeugung
der Spannungsversorgungsvorrichtung reduziert werden. Bei Verwendung einer
kleinen Anzahl von Schalterelementen, eines kleinen Kondensators
und einer kleinen Induktivität kann
so eine Spannungsversorgung zur Lieferung einer konstanten Ausgangsspannung
realisiert werden. Da die Spannungsversorgungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung eine geringe Anzahl an Schalterelementen erfordert, kann
außerdem
die Steuerungsschaltung einfach gemacht werden, und folglich kann
die gesamte Spannungsversorgungsvorrichtung in geringer Größe hergestellt
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
genaue Anordnung und Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird
aus der detaillierten Erklärung
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich werden.
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1 ist ein Schaltplan einer
ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt Signalformen von
Signalen, die an verschiedenen Punkten in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auftreten;
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3 zeigt Signalformen von
Strömen,
die durch die jeweiligen Elemente in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung fließen;
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4 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen ersten Zustand der ersten Ausführungsform der
Erfindung der 1 zeigt;
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5 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen zweiten Zustand der ersten Ausführungsform der
Erfindung der 1 zeigt;
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6 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen dritten Zustand der ersten Ausführungsform der
Erfindung der 1 zeigt;
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7 ist ein Schaltplan einer
zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 ist ein Diagramm zur
Erklärung
der die Welligkeit reduzierenden Arbeitweise der zweiten Ausführungsform
der Erfindung der 7;
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9 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen ersten Zustand der zweiten Ausführungsform der
Erfindung der 7 zeigt;
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10 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen zweiten Zustand der zweiten Ausführungsform
der Erfindung der 7 zeigt;
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11 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen dritten Zustand der zweiten Ausführungsform
der Erfindung der 7 zeigt;
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12 ist ein Schaltplan eines
Hauptteils einer dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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13 zeigt Signalformen der
Signale, die an Punkten in der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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14 ist ein Schaltplan einer
vierten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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15 ist ein Schaltplan einer
fünften
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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16 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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17 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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18 ist ein Schaltplan einer
siebten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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19 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der siebten Ausführungsform der 18 der vorliegenden Erfindung auftreten;
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20 ist ein Schaltplan einer
achten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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21 ist ein Schaltplan einer
neunten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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22 ist ein Schaltplan einer
zehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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23 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der zehnten Ausführungsform der 22 der vorliegenden Erfindung auftreten;
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24 ist ein Schaltplan einer
elften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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25 ist ein Schaltplan einer
zwölften
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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26 ist ein Schaltplan einer
dreizehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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27 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen ersten Zustand der dreizehnten Ausführungsform
der 26 der Erfindung
zeigt;
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28 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen zweiten Zustand der dreizehnten Ausführungsform
der 26 der Erfindung
darstellt;
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29 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen dritten Zustand der dreizehnten Ausführungsform
der 26 der Erfindung
darstellt;
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30 ist ein Schaltplan einer
vierzehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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31 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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32 ist ein Schaltplan einer
fünfzehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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33 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der fünfzehnten Ausführungsform
der 32 der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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34 ist ein Schaltplan einer
sechzehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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35 ist ein Schaltplan einer
siebzehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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36 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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37 ist ein Schaltplan einer
achtzehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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38 ist ein Schaltplan einer
neunzehnten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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39 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in einer zwanzigsten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung auftreten;
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40 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen zweiten Zustand der zwanzigsten Ausführungsform
der 39 der Erfindung
zeigt;
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41 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen dritten Zustand der zwanzigsten Ausführungsform
der 39 der Erfindung
darstellt;
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42 ist ein Schaltplan einer
einundzwanzigsten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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43 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in einer einundzwanzigsten Ausführungsform
der 42 der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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44 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen ersten Zustand der einundzwanzigsten Ausführungsform
der 42 der Erfindung
zeigt;
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45 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen zweiten Zustand der einundzwanzigsten Ausführungsform
der 42 der Erfindung
zeigt;
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46 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen dritten Zustand der einundzwanzigsten Ausführungsform
der 42 der Erfindung
zeigt;
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47 ist ein Schaltplan einer
zweiundzwanzigsten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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48 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der 47 der vorliegenden
Erfindung auftreten;
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49 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen ersten Zustand der zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der 47 der Erfindung
darstellt;
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50 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen zweiten Zustand der zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der 47 der Erfindung
darstellt;
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51 ist eine entsprechende
Schaltung, die einen dritten Zustand der zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der 47 der Erfindung
zeigt;
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52 ist ein genauer Schaltplan
der zweiundzwanzigsten Ausführungsform
der 47 der Erfindung;
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53 ist ein Schaltplan einer
dreiundzwanzigsten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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54 ist ein genauer Schaltplan
der dreiundzwanzigsten Ausführungsform
der 53 der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnungen genau
beschrieben, die viele ihrer Ausführungsformen zeigen.
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Ausführungsform 1:
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1 zeigt einen Schaltplan
einer ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Wechselstromquelle
AC mit einem Vollweggleichrichter DB verbunden, der wiederum an
seinen Ausgangsanschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus einem ersten Schalterelement SW1,
einem Kondensator C1 und einer Parallelschaltung aus einem Glättungskondensator
C2 und einem Verbraucher R verbunden ist. An dem Kondensator C1
liegt ein Steuerungsmittel zur Einstellung einer Spannung an dem Kondensator
C1. Das Steuerungsmittel umfaßt
eine Induktivität
L1, ein zweites und ein drittes Schalterelement SW2 und SW3 und
eine erste und zweite Diode D1 bzw. D2. Mit dem Kondensator C1 ist
eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schalterelement SW2, der Induktivität L1 und
der Diode D1 parallel verbunden. Zwischen einem Verzweigungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse liegt das dritte Schalterelement SW3.
Um die übrige
Energie der Induktivität
L1 zu einem Lastkreis zu liefern, ist die zweite Diode D2 zwischen
einem Verzweigungspunkt des zweiten Schalterelementes SW2 und der Induktivität L1 und
Masse vorgesehen. Das erste, zweite und dritte Schalterelement SW1,
SW2 bzw. SW3 sind dafür
eingerichtet, in geeigneter Weise unter einer Steuerungsschaltung
CON zu arbeiten.
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2 zeigt Signalformen von
Signalen, die an Punkten in der vorliegenden Ausführungsform auftreten,
und 3 zeigt Signalformen
von Strömen I1
bis I5, die durch zugehörige
Elemente fließen. Beim
Betrieb der vorliegenden Ausführungsform
wird eine durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung am
Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet und als eine pulsierende
Spannung V1 ausgegeben. Das erste Schalterelement SW1 wird durch
ein Steuerungssignal geschlossen, das von der Steuerungsschaltung
CON empfangen wurde, so daß eine Spannung
V2, die der Summe der Spannungen an den Kondensatoren C1 und C2
entspricht, auf die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen wird. Dieser
Betriebszustand wird als Zustand 1 bezeichnet werden. Seine entsprechende
Schaltung ist in 4 dargestellt.
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Nun
wird die Arbeitsweise der Spannungsversorgungsvorrichtung erklärt, nachdem
das erste Schalterelement SW1 geöffnet
wird. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
eine Ausgangsspannung Vout ist, ist lediglich das zweite Schalterelement
SW2 geschlossen. Das führt
dazu, daß der Kondensator
C1 mit der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und
darin in Form von magnetischer Energie gespeichert wird. Dieser
Betriebszustand wird als Zustand 2A bezeichnet. In einem Talbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout ist, werden das zweite und dritte
Schalterelement SW2 bzw. SW3 geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C1, der Glättungskondensator
C2 und die Induktivität
L1 miteinander verbunden werden, so daß die in dem Glättungskondensator
C2 gespeicherte Energie teilweise zur Induktivität L1 geführt und darin in Form von magnetischer
Energie gespeichert wird, während
der Kondensator C1 in seiner Rückwärtsrichtung
geladen wird. Dieser Betriebszustand wird als Zustand 2B bezeichnet
werden. Die Zustände
2A und 2B sind in 5 als
entsprechende Schaltungen gezeigt.
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Ein
durch die Induktivität
L1 fließender
Strom besitzt eine Resonanz-Signalform und oszilliert in dem dargestellten
Beispiel sehr fein mit einer Resonanzperiode, die durch den Kondensator
C1 (und C2) und die Induktivität
L1 bestimmt ist, und daher sind die Stromvariationen im wesentlichen
linear beschrieben. Durch die obigen Betriebszustände führt die
in der Induktivität
L1 vorübergehend
gespeicherte Energie dazu, daß die
zweite Diode D2 durchgeschaltet wird, sobald das zweite Schalterelement SW2
(und das dritte Schalterelement SW3) geöffnet wird, wodurch die gesamte
Energie durch die Diode D1 zu dem Lastkreis geschickt wird. Dieser
Betriebszustand wird als Zustand 3 bezeichnet werden. Die entsprechende
Schaltung ist in 6 gezeigt.
Da sich die Betriebszustände
der Zustände
1, 2 und 3 wiederholen, wächst
eine am Glättungskondensator C2
angelegte Spannung schrittweise an. Die Zustände 1 und 3 können, wenn
notwendig, so entworfen werden, so daß sie zur gleichen Zeit ausgeführt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
kann auf diese Weise die in dem Kondensator C1 gespeicherte überschüssige Energie über die
Induktivität
L1 zu dem Lastkreis geschickt werden, um die Spannung am Kondensator
C1 wirksam einzustellen. Darüber hinaus
dient der Kondensator C1 dazu, in ihm eine Differenzspannung zwischen
der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout
in solch einer Weise zu speichern, daß, wenn das erste Schalterelement
SW1 geschlossen wird, die pulsierende Eingangsspannung V1 mit dem
Kondensator C1 in Reihe geschaltet wird, um eine Gleichspannung
zu dem Lastkreis zu liefern. Die Einschaltdauer des zweiten Schalterelementes
SW2 (und des dritten Schalterelementes SW3) wird so gesteuert, daß die Spannung
V2, die der Summe der Spannungen an den Kondensatoren C1 und C2
ent spricht, sofort nach dem Schließen des ersten Schalterelementes
SW1 bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve der
Signalform des Eingangsstromes in Übereinstimmung zu derjenigen
der Eingangsspannung gebracht werden kann, so daß Eingangsoberwellenverzerrung unterdrückt wird.
Wenn ferner dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des zweiten Schalterelementes SW2 (und
des dritten Schalterelementes SW3) verändert wird, führt das dazu,
daß der
Spitzenwert des Eingangsstromes variiert, wodurch die Ausgangsspannung
ansteigt oder abnimmt. Es ist zu erkennen, daß die Ausgangsspannung dieser
Schaltung in der Spannungsversorgungsvorrichtung eingestellt werden
kann.
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Wie
oben erklärt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Ausgangsanschlüssen mit
dem ersten Schalterelement SW1, dem Kondensator C1 und dem Glättungskondensator
C2 in Serie verbunden ist, wobei der Verbraucher R parallel mit
dem Glättungskondensator
C2 verbunden ist. Das Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, das zweite
und dritte Schalterelement SW2 bzw. SW3 und die Dioden D1 und D2
enthält,
ist parallel mit dem Kondensator C1 verbunden, so daß das Steuerungsmittel
die Spannung an dem Kondensator C1 steuert. Im Ergebnis wird eine
Spannungsversorgungsvorrichtung von kleiner Größe geschaffen, die die Eingangsoberwellenverzerrungen
unterdrücken und
den Eingangsstromwert und die Ausgangsspannung einstellen kann,
die, wenn eine Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, es erlaubt,
daß die
jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente klein
sind, und die eine gewünschte
Gleichspannung erzeugen kann.
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Ausführungsform 2:
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist eine Wechselstromquelle AC mit einem Vollweggleichrichter DB
verbunden, der wiederum an seinen Ausgangsanschlüssen mit einer Reihenschaltung
aus einem ersten Schalterelement SW1, einem Kondensator C1 und einem
Glättungskondensator
C2 verbunden ist, wobei der Verbraucher R parallel mit einem Glättungskondensator C2
verbunden ist, und ein Steuerungsmittel zur Einstellung der Spannung
an dem Kondensator C1 an dem Kondensator C1 liegt. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2, SW3 und SW4, die Dioden D1 und D2 und einen
Energiespeicherungskondensator C3. Parallel mit dem Kondensator
C1 ist eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schalterelement SW2,
der Induktivität
L1, der Diode D1 und dem dritten Schalterelement SW3 verbunden.
Das Schalterelement SW4 ist zwischen einem Verzweigungspunkt der
Induktivität L1
und der Diode D1 und Masse vorgesehen. Um die übrige Energie in der Induktivität L1 zum
Lastkreis zu schicken, ist die zweite Diode D2 zwischen einem Verzweigungspunkt
des zweiten Schalterelements SW2 und der Induktivität L1 und
Masse vorgesehen. Um die Energie zu speichern, ist der Energiespeicherungskondensator
C3 zwischen einem Verzweigungspunkt der Diode D1 und dem dritten
Schalterelement SW3 und Masse vorgesehen. Die Energie des Energiespeicherungskondensators
C3 wird durch Schließen
und Öffnen
des dritten Schalterelementes SW3 zum Lastkreis geschickt. Das ist
in 8 dargestellt.
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Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt. Die
durch die Wechselspannungsquelle AC angelegte Spannung Vin wird am
Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet und dann als pulsierende
Eingangsspannung V1 ausgegeben. Wenn das erste Schalterelement SW1
durch ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, wird die Spannung V2, die der Summe der Spannungen
an den Kondensatoren C1 und C2 entspricht, auf die pulsierende Eingangsspannung
V1 aufgeladen. Dieser Betriebszustand, dessen entsprechende Schaltung
in 9 gezeigt ist, wird
als Zustand 1 bezeichnet.
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Als
nächstes
wird der Betriebszustand der Spannungsversorgungsvorrichtung nach
dem Öffnen des
ersten Schalterelementes SW1 erklärt. In einem Spitzenbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW2 und
SW3 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß die Energie
des Kondensators C1 teilweise zur Induktivität L1 geführt und darin als magnetische
Energie gespeichert wird. Dieser Betriebszustand wird als Zustand
2A bezeichnet. In einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1,
in dem die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout ist,
werden die Schalterelemente SW2 und SW4 geschlossen. Das führt dazu, daß die Kondensatoren
C1 und C2 mit der Induktivität
L1 verbunden werden, so daß ein
Teil der Energie des Glättungskondensators
C2 zur Induktivität
L1 geführt
und darin als magnetische Energie gespeichert wird, während der
Kondensator C1 in seiner Rückwärtsrichtung
rückwärts geladen
wird. Dieser Betriebszustand wird als Zustand 2B bezeichnet. Die Zustände 2A und
2B sind in 10 als entsprechende
Schaltungen gezeigt.
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Bei
der obenerwähnten
Anordnung wird die vorübergehend
in der Induktivität
L1 gespeicherte Energie entladen, sobald die Schalterelemente SW2 und
SW3 (oder die Schalterelemente SW2 und SW4) geöffnet werden, wodurch die zweite
Diode D2 durchgeschaltet wird, so daß die gesamte Energie über die
Diode D1 zum Energiespeicherungskondensator C3 geliefert wird. Dieser
Betriebszustand wird als Zustand 3 bezeichnet und seine entsprechende Schaltung
ist in 11 gezeigt.
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Auf
diese Weise kann die Spannung am Kondensator C1 wirksam eingestellt
werden, in dem die in dem Kondensator C1 gespeicherte überschüssige Energie über die
Induktivität
L1 zum Energiespeicherungskondensator C3 geschickt wird. Dieser Vorgang
wird wiederholt, so daß die
Spannungen an den Kondensatoren C2 und C3 allmählich wachsen. Der Kondensator
C1 dient der Speicherung einer der Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout entsprechenden
Spannung, und zwar derart, daß beim Schließen des
Schalterelementes SW1 die pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe
mit dem Kondensator C1 geschaltet wird, um eine konstante Spannung
zum Lastkreis zu liefern. Die Einschaltzeit des zweiten Schalterelementes
SW2 (und des dritten Schalterelementes SW3) wird so gesteuert, daß die Spannung
V2, die der Summe der Spannungen an den Kondensatoren C1 und C2
entspricht, sofort nach dem Schließen des ersten Schalterelementes SW2
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung mit
dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Signalform des Eingangsstromes in Übereinstimmung mit der Eingangsspannung
gebracht werden kann, wodurch Eingangsoberwellenverzerrungen unterdrückt werden.
Wenn darüber
hinaus dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW2 und SW3 (oder
der Schalterelemente SW2 und SW4) verändert wird, führt das dazu,
daß der
Spitzenwert des Eingangsstromes variiert, wodurch die Ausgangsspannung
ansteigt oder abnimmt. Folglich kann die Ausgangsspannung dieser
Schaltung in der Spannungsversorgungsvorrichtung eingestellt werden.
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Um
darüber
hinaus Welligkeiten in der Größenordnung
technischer Frequenzen in der Ausgangsspannung zu reduzieren, wird
die in dem Energiespeicherungskondensator C3 gespeicherte Energie
zum Lastkreis geschickt, um diesen zu versorgen. Eine Steuerung
dieser Energiemenge wird so ausgeführt, daß, wie in 8 gezeigt, die Ausgangsspannung Vout
erfaßt
wird und mit einer vorherbestimmten Referenzspannung verglichen
wird, um die Einschaltzeit des dritten Schalterelementes SW3 zu
bestimmen, wodurch das Schließen
und Öffnen
des dritten Schalterelementes SW3 dazu führt, daß die Ausgangsspannung konstant
gehalten wird.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Wechselspannungsquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Ausgangsanschlüssen mit dem Schalterelement
SW1, dem Kondensator C1 und dem Kondensator C2 in Reihe verbunden
ist. Der Verbraucher R ist parallel mit dem Glättungskondensator C2 verbunden.
Das Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, die Schalterelemente
SW2, SW3 und SW4, die Dioden D1 und D2 und den Energiespeicherungskondensator
C3 enthält,
ist mit dem Kondensator C1 so verbunden, daß das Steuerungsmittel die
Spannung an dem Kondensator C1 steuert. Durch Steuerung der am Kondensator
C1 liegenden Spannung durch das Steuerungsmittel kann die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Darüber hinaus
ermöglicht
das Schalterelement SW3 eine Reduzierung von Welligkeiten in der
Größenordnung
technischer Frequenzen bezüglich
der Ausgangsspannung. Wenn darüber
hinaus die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die
entsprechenden Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente klein
gemacht werden. Im Ergebnis wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung erzeugen kann.
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Ausführungsbeispiel 3:
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In 12 ist ein Schaltplan eines
Hauptteils einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Außerdem zeigt 13 Signalformen von Signalen, die mit
dem Schließen
und Öffnen
eines Schalterelementes SW in der vorliegenden Ausführungsform
variieren. Die vorliegende Ausführungsform
bezieht sich auf eine Ergänzung
zu einer Schaltung, die keine Funktion zur Reduzierung von Welligkeiten
in der Ausgangsspannung aufweist. Ein Lastkreis ist in Form einer
parallelen Verbindung eines Glättungskondensators
C2 und eines Verbrauchers R wie in 12 gezeigt,
angeordnet. Insbesondere ist ein Glättungskondensator Cf über das Schalterelement
SW zwischen den Anschlüssen
des Glättungskonden sators
C2 angeschlossen, und der Verbraucher R ist parallel zu dem Glättungskondensator
Cf geschaltet. Außerdem
wird die Ausgangsspannung Vout am Verbraucher R durch ein Erfassungs- und Vergleichselement
erfaßt
bzw. mit einer vorherbestimmten Referenzspannung verglichen, um
das Schließen
und Öffnen
des Schalterelementes SW zu steuern und dadurch die Ausgangsspannung Vout
in kontrollierter Weise konstant zu halten.
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Beim
Betrieb der Schaltung der vorliegenden Ausführungsform, wie in 13 gezeigt, werden untere
und obere Grenzen Vlow und Vhigh als Referenzspannungen für die Ausgangsspannung
Vout so eingestellt, daß,
wenn die Ausgangsspannung Vout die untere Grenze Vlow erreicht,
das Schalterelement SW geschlossen wird, während, wenn die Ausgangsspannung
Vout die obere Grenze Vhigh erreicht, das Schalterelement SW geöffnet wird,
was im Ergebnis dazu führt,
daß die
Ausgangsspannung Vout innerhalb eines Bereiches zwischen der unteren und
oberen Grenze Vlow bzw. Vhigh liegen kann. Wenn eine Differenz zwischen
der unteren und der oberen Spannungsgrenze Vlow bzw. Vhigh nahezu Null
ist, wird die Ausgangsspannung Vout nahezu konstant.
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Wenn,
wie oben erklärt
wurde, die Ergänzungsschaltung
der vorliegenden Ausführungsform mit
einer Schaltung verbunden wird, die nicht die Funktion zur Reduzierung
von Welligkeiten in der Ausgangsspannung aufweist, ermöglicht das
Schalterelement SW die Reduzierung von Welligkeiten in der Größenordnung
technischer Frequenzen bezüglich
der Ausgangsspannung.
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Ausführungsform 4:
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14 ist ein Schaltplan einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Paar aus dem Kondensator C1 und dem Glättungskondensator C2 der Ausführungsform
1 mit mehreren Bezugszeichen versehen. Hier ist es möglich, mehrere
gewünschte Gleichspannungen
zu erhalten. Wenn die Anzahl der Paare aus dem Kondensator C1 und
dem Glättungskondensator
C2 auf n eingestellt wird, können
n Ausgangsspannungen erhalten werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist n auf 3 eingestellt. Die von der Wechselstromquelle AC angelegte
Spannung Vin wird zunächst
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet und dann als pulsierende
Spannung V1 ausgegeben. Wenn die Schalterelemente SW1i (i=1,2,...,n)
ein Steuerungssignal von der Steuerungsschaltung erhalten, werden
sie geschlossen, so daß eine
Spannung, die einer Summe der Spannungen an den Kondensatoren C1i
und C2i (i=1,2,...,n) entspricht, auf die pulsierende Eingangsspannung V1
aufgeladen wird. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW2i,
SW4i (i=1,2,...,n) geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C1i mit der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C1i (i=1,2,...,n) zur Induktivität L1 geführt und
darin in Form magnetischer Energie gespeichert wird. In einem Talbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW2i
(i=1,2,...,n) und das Schalterelement SW3 geschlossen. Das führt dazu,
daß der
Kondensator C1i (i=1,2,...,n) mit dem Kondensator C2i (i=1,2,...,n)
und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C2i (i=1,2,..., und n) zur Induktivität L1 geführt und
darin in Form von magnetischer Energie gespeichert wird, während der
Kondensator C1i (i=1,2,...,n) geladen wird. Die obigen Vorgänge führen dazu,
daß die
vorübergehend
in der Induktivität
L1 gespeicherte Energie dazu führt,
daß die
Diode D1 durchgeschaltet und gleichzeitig ein Schalterelement SW4j
(j=1,2,...,n) geschlossen wird, sobald das Schalterelement SW2i (i=1,2,...,n)
(und SW3) geöffnet
wird, was im Ergebnis dazu führt,
daß die
Energie zu einem Glättungskondensator
C2j (j=1,2,...,n) geführt
wird. Die in dem Kondensator C1i (i=1,2,...,n) gespeicherte Energie wird
auf diese Weise durch die Induktivität L1 zu dem Glättungskondensator
C2j (j=1,2,...,n) geschickt, so daß die Spannung am Kondensator C1i
(i=1,2,...,n) wirksam eingestellt werden kann. In diesem Fall ist es
erforderlich, die Schalterelemente SW21 bis SW2n auf einer Zeiteinteilung
basierend getrennt einzuschalten.
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Die
Wiederholung der obigen Schritte führt zu einem allmählichen
Anwachsen der Spannung am Glättungskondensator
C2j (j=1,2,...,n). Der Kondensator C1i (i=1,2,...,n) dient dazu,
in ihm eine Spannung zu speichern, die einer Differenz zwischen
der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vouti
(i=1,2,...,n) zu speichern, und zwar in einer solchen Weise, daß das Schließen des Schalterelementes
SW1i (i=1,2,...,n) dazu führt,
daß die
pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe mit dem Kondensator C1i
(i=1,2,...,n) geschaltet wird, um eine konstante Spannung zu dem
Lastkreis zu liefern. Außerdem
wird die Einschaltzeit des Schalterelementes SW2i (i=1,2,...,n)
(und SW3) so gesteuert, daß eine
Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator C1i (i=1,2,...,n)
und dem Kondensator C2i (i=1,2,...,n) entspricht, in Übereinstimmung
mit der Signalform der pulsierenden Eingangsspannung V1 gebracht
wird, was dazu führt,
daß die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Wenn die Ströme, die
durch das Kondensatorpaar fließen,
alle in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht werden, kann die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt
werden. Wenn das Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW2i (i=1,2,...,n)
(und SW3) verändert
wird, führt
das zu einer Veränderung
des Spitzenwertes des Eingangsstromes, wodurch die jeweiligen Ausgangsspannungen
Vout1, Vout,... ansteigen bzw. abnehmen. Im Ergebnis erlaubt die
Spannungsversorgungsvorrichtung ebenfalls die Einstellung der entsprechenden Ausgangsspannungen.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Ausgangsanschlüssen mit den Schalterelementen
SW1i (i=1,2,...,n), den Kondensatoren C1i (i=12 ,...,n) und den Kondensatoren
C2i (i=1,2,...,n) verbunden ist. Die Verbraucher Ri (i=1,2,...,n)
sind parallel mit den entsprechenden Kondensatoren C2i (i=1,2,...,n)
verbunden. Ein Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2i (i=1,2,...,n), SW3, SW4i (i=1,2,...,n) und die
Diode D1 enthält,
ist parallel mit den Kondensatoren C1i (i=1,2,...,n) verbunden.
Wenn die Spannung am Kondensator C1i (i=1,2,...,n) durch das Steuerungsmittel
gesteuert wird, kann die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung realisiert werden. Wenn
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die entsprechenden Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Im Ergebnis wird eine
Spannungsversorgungsvorrichtung von geringer Größe geschaffen, die mehrere
gewünschte Gleichspannungen
erzeugen kann.
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Ausführungsform 5:
-
15 zeigt einen Schaltplan
einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 16 zeigt
Signalformen von Signalen in der vorliegenden Ausführungsform.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist zusätzlich
zur obigen Ausführungsform
4 eine Reihenschaltung aus Schalterelementen SW5i (i=1,2,...,n),
einer Induktivität
L2 und einem Kondensator C3 parallel mit dem Glättungskondensator C2i (i=1,2,...,n)
verbunden, und eine Vollbrückenschaltung,
die die Schalterelemente SW61 bis SW64 und einen Verbraucher R enthält, ist
parallel zu dem Kondensator C3 geschaltet. Außerdem ist die zweite Diode
D2 parallel mit einer Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und
der Kapazität
C3 verbunden. Der Verbraucher R ist z.B. eine Entladungslampe.
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Bei
dieser Schaltung sind die Spannungen an dem Glättungskondensator C2i (i=1,2,...,n)
auf bestimmte Werte eingestellt, und die Schalterelemente SW5i (i=1,2,...,n)
werden auf der Grundlage der in 16 dargestellten
Zeiteinteilung geschlossen, so daß eine Resonanzschaltung des Glättungskondensators
C2i (i=1,2,...,n), der Induktivität L2 und des Kondensators C3
die Spannung des Kondensators C3 kontinuierlich variieren läßt. Zum
Zeitpunkt t7, bei dem die Ausgangsspannung Vout am Verbraucher R nahe
am Nulldurchgang liegt, ist lediglich der Kondensator C3 mit dem
Verbraucher R verbunden, um ihm Energie zuzuführen, wodurch, wenn die Spannung
des Kondensators C3 Null erreicht, die Schalterelemente SW1 und
SW64 von ihrem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand geschaltet werden,
während
die Schalterelemente SW62 und SW63 von ihren geöffneten Zuständen in
geschlossene Zustände
geschaltet werden, wodurch das Laden des Kondensators C3 erneut
begonnen wird.
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Wenn
entsprechend die Spannung des Kondensators C3 kontinuierlich bis
nahe an den nächsten
Nulldurchgang variiert wird, werden die Schalterelemente SW62 und
SW63 in ihren geöffneten
Zustand versetzt, während
die Schalterelemente SW61 und SW64 in ihren geschlossenen Zustand
versetzt werden. Die Wiederholung der obigen Vorgänge ermöglicht es
dem Ausgangssignal, eine gewünschte Wechselspannungssignalform
anzunehmen.
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Wie
oben angeführt,
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Ausgangsanschlüssen mit der Reihenschaltung
aus den Schalterelementen SW1i (i=1,2,,...,n), den Kondensatoren
C1i (i=1,2,...,n) und den Glättungskondensatoren
C2i (i=1,2,...,n) verbunden ist. Das Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2i (i=1,2,...,n), SW3, SW4i (i=1,2,...,n) und
die Diode D1 enthält,
ist parallel mit den Glättungskondensatoren C2i
(i=1,2,...,n) verbunden, so daß die
Spannungen der Kondensatoren C1i (i=1,2,...,n) durch das Steuerungsmittel
gesteuert werden können.
Als Folge davon kann die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung realisiert werden. Ferner
ist die Reihenschaltung aus den Schalterelementen SW5i (i=1,2,...,n),
der Induktivität
L2 und dem Kondensator C3 parallel mit den Glättungskondensatoren C2i (i=1,2,...,n)
verbunden, und die Vollbrückenschaltung,
die die Schalterelemente SW61 bis SW64 und den Verbraucher R enthält, ist
parallel mit dem Kondensator C3 verbunden. Als Folge davon kann
eine gewünschte
Wechselspannungssignalform erhalten werden. Außerdem können, wenn die Betriebsfrequenz
hoch eingestellt ist, die jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente
klein gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Wechselspannung erzeugen kann.
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Ausführungsform 6:
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Signalformen
von Signalen einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind in 17 gezeigt.
Die vorliegende Ausführungsform entspricht
der Schaltung der vorhergehenden Ausführungsform 4, jedoch wird eines
der Kondensatorpaare, dessen an seinen beiden Anschlüssen auftretende
Ausgangsspannung dichter an einer Eingangsspannung ist, aufgeladen,
um die Spannung klein zu machen, die an den Spannungsspeicherungskondensator
C1i (i=1,2,...,n) angelegt werden soll. Das bedeutet, daß die vorliegende
Ausführungsform
dafür ausgelegt
ist, eine an die Induktivität
L1 anzulegende Spannung zu vermindern, wodurch ein hoher Wirkungsgrad
erreicht wird. Es wird hier der Fall erklärt, bei dem die Anzahl der
Kondensatorpaare zum Beispiel 3 beträgt.
-
Man
nehme nun in der Schaltung der 14 an,
daß die
Ausgangsspannungen einer Beziehung Vout1 > Vout2 > Vout3
genügen.
Dann werden, wie in 17 gezeigt,
in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 und in
einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 die Kondensatoren C13
und C23 jeweils aufgeladen, um eine Reihe von Arbeitsschritten,
wie das Einstellen einer Spannung am Kondensator C13 durchzuführen. Ebenso
wird in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 und
in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine Reihe von
Arbeitsschritten wie das Einstellen der Spannung eines Kondensatorenpaares
C12 und C22 durchgeführt;
während
in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 eine Reihe
von Arbeitsschritten wie das Einstellen der Spannung eines Kondensatorenpaares
C11 und C21 durchgeführt
wird. Durch solch eine Unterdrückung,
brauchen die Kondensatoren C11, C12 und C13, die für eine Speicherung
von Spannungen vorgesehen sind, die den Differenzen zwischen der
pulsierenden Eingangsspannung V1 und den Ausgangsspannungen Vout1,
Vout2 und Vout3 entsprechen, lediglich geringe Spannungen zu halten,
mit der Folge, daß die
an die Induktivität
L1 zur Zeit der Spannungseinstellung anzulegende Spannung ebenfalls
reduziert werden kann. Die entsprechende Steuerung kann auch bei
der Spannungsversorgungsvorrichtung der vorhergehenden Ausführungsform
5 angewendet werden.
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Wenn
in der Schaltung der Ausführungsform 4
oder 5 die Unterdrückung
auf diese Art bewirkt wird, um eines der Kondensatorpaare aufzuladen,
dessen an seinen beiden Anschlüssen
auftretende Ausgangsspannung näher
an einer pulsierenden Eingangsspannung liegt, kann die an den Spannungsspeicherungskondensator
anzulegende Spannung vermindert werden, die an die Induktivität zur Zeit
der Spannungseinstellung anzulegende Spannung kann vermindert und
ein hoher Wirkungsgrad kann realisiert werden.
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Ausführungsform 7:
-
18 ist ein Schaltplan einer
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 19 zeigt
Signalformen von Signalen der vorliegenden Ausführungsform. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit den Schalterelementen SW11 und SW12 an einem Anschluß von diesen
verbunden ist. Zwischen den anderen Anschlüssen der Schalterelemente SW11
und SW12 liegt der Kondensator C1. Außerdem ist zwischen einem Verzweigungspunkt
des Schalterelementes SW11 und des Kondensators C1 und Masse eine
Parallelschaltung von u Reihenschaltungen angeschlossen, von denen jede
aus einem Schalterelement SW4j (j=2i+1; i=0, 1,..., u-1) und einer
Parallelschaltung aus einem Glättungskondensator
C2j (j=2i+1; i=0, 1,..., u-1) und einem Verbraucher Rj (j=2i+1;
i=0, 1,..., u-1) besteht. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist u z.B. auf einen Wert von 2 eingestellt. Außerdem ist zwischen einem Verzweigungspunkt
eines Schalterelementes SW12 und eines Kondensators C1 und Masse
eine Parallelschaltung aus m Reihenschaltungen angeschlossen, von
denen jede aus einem Schalterelement SW4k (k=2i; i=1,..., m) und
einer Parallelschaltung aus einem Glättungskondensator C2k (k=2i; i=1,...,
m) und einem Verbraucher Rk (k=2i; i=1,..., m) besteht. Bei der
dargestellten Ausführungsform
ist m auf den Wert 1 eingestellt. Die Anzahl der so erhaltenen gewünschten
Ausgangsspannungen Vouti, Vout2, Vout3,... beträgt n= u + m. Bei der dargestellten
Ausführungsform
ist n auf einen Wert von 3 (u=2, m=1) eingestellt.
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An
dem Kondensator C1 liegt ein Steuerungsmittel zur Einstellung der
an dem Kondensator C1 liegenden Spannung. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L, die
Schalterelemente SW21, SW22, SW3, SW51-SW5n und die Diode D1. Der Kondensator
C1 ist an seinem einen Anschluß mit dem
Schalterelement SW21 und an seinem anderen Anschluß mit dem
Schalterelement SW22 verbunden, wobei die anderen Anschlüsse der
Schalterelemente SW21 und SW22 miteinander an einem Verzweigungspunkt
verbunden sind. Zwischen diesem Verzweigungspunkt und Masse liegt
eine Reihenschaltung aus der Induktivität L1 und dem Schalterelement
SW3. Zwischen einem Verzweigungspunkt der Induktivität L1 und
der Diode D1 und einem Verzweigungspunkt des Schalterelementes SW4i (i=1,2,...,n)
und dem Glättungskondensator
C2i (i=1,2,...,n) liegt das Schalterelement SW5i (i=1,2,...,n).
Die Diode D1 ist zwischen einem Verzweigungspunkt der Schalterelemente
SW21, SW22 und der Induktivität
L1 und Masse vorgesehen, um die übrige
Energie der Induktivität
L1 zu dem Lastkreis zu liefern.
-
Die
Arbeitsweise der Spannungsversorgungsvorrichtung wird nun für den Fall
erklärt
werden, bei dem n auf einen Wert von 3 eingestellt ist (u=2, m=1)
und die Ausgangsspannungen einer Beziehung Vout1 > Vout2 > Vout3 genügen. Die
durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin wird am Vollweggleichrichter
DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon ist die pulsierende
Eingangsspannung V1. In 19 ist
das Schalterelement SW43 in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten
t0 und t1 und in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t4
und t5 so voreingestellt, daß es
sich immer in seinem geschlossenen Zustand befindet. Zuallererst
wird das Schalterelement vorher eingestellt, so daß es als
Reaktion auf ein Steuerungssignal geschlossen wird, das von der
Steuerungsschattung empfangen wurde, um den Glättungskondensator C23 zu laden.
Danach wird, wenn nach dem Öffnen
des Schalterelementes SW12 die pulsierende Eingangsspannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout3 ist, das Schalterelement SW43 in seinem
geschlossenen Zustand belassen, und die Schalterelemente SW22 und
SW3 werden geschlossen. Das führt
zu einer Vervollständigung
des Kreises aus dem Kondensator C1, dem Glättungskondensator C23 und der
Induktivität
L1, wodurch ein Teil der Energie des Glättungskondensators C23 zur
Induktivität
L1 geführt
wird und darin als magnetische Energie gespeichert wird, während der
Kondensator C1 mit der Energie aufgeladen wird. Wenn die pulsierende
Eingangsspannung V1 die Ausgangsspannung Vout3 übersteigt, bleibt das Schalterelement
SW43 in seinem geschlossenen Zustand und die Schalterelemente SW22
und SW53 werden geöffnet.
Das führt dazu,
daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität so verbunden wird, daß ein Teil
der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und in dieser in Form von
magnetischer Energie gespeichert wird. Die vorübergehend in der Induktivität L1 durch
den obigen Prozeß gespeicherte
Energie führt
dazu, daß jedes
der Schalterelemente SW51 bis SW53 geschlossen wird, sobald das
Schalterelement SW22 (und SW3) geöffnet wird. Als Folge davon
wird die Diode D1 durchgeschaltet, so daß die Energie vollständig zu
jedem der Glättungskondensatoren
C21 bis C23 geschickt werden kann. Der Kondensator C1 dient dazu,
in ihm eine Spannung zu speichern, die einer Differenz zwischen
der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout3
entspricht, und dazu, wenn das Schalterlement SW12 geschlossen ist,
die pulsierende Eingangsspannung V1 und die Spannung Vc1 des Kondensators
C1 in Reihe zu schalten und eine Gleichspannung zum Lastkreis zu
liefern.
-
Als
nächstes
bleibt während
eines Zeitabschnittes zwischen den Zeitpunkten t1-t2 und in einem
Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 in 19 das Schalterelement SW42 ständig im geschlossenen
Zustand. Während
dieser Perioden wird das Schalterelement SW11 zunächst als
Antwort auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen, um den Glättungskondensator
C22 zu laden. Nachdem das Schalterelement SW11 geöffnet ist,
ermöglicht
der Betrieb der Schalterelemente SW21 und SW3 entsprechend dem oben
Gesagten die Einstellung der Spannung an dem Kondensator C1.
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Dann
wird in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t2-t3 in 19 das Schalterelement SW41
ständig
im geschlossenen Zustand belassen, so daß das Schalterelement SW12
als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, um den Glättungskondensator
C21 zu laden. Nachdem das Schalterelement SW12 geöffnet ist,
ermöglicht
der Betrieb der Schalterelemente SW22 und SW3 entsprechend dem oben
Gesagten die Einstellung der Spannung am Kondensator C1.
-
Es
ist zu erkennen, daß der
Wechsel dieser Schaltungsbetriebszustände ausgeführt wird, wenn die pulsierende
Eingangsspannung V1 einen Zwischenwert zwischen eingestellten Spannungen
des Glättungskondensators
erreicht, der vor oder nach dem Wechsel der Schaltungsbetriebszustände geladen
wurde. Die pulsierende Spannung V1 erreicht zum Beispiel an den
Zeitpunkten t1 und t4 ein Niveau von (Vout2 + Vout3)/2. Durch diese
Arbeitsweise variiert die Spannung des Konden sators C1 an den obigen
Wechselzeitpunkten im wesentlichen kontinuierlich. Wenn die Einschaltzeit
der Schalterelemente SW21 und SW22 (und SW3) so gesteuert wird,
daß eine
Summe der Spannungen an dem Kondensator C1 und an jedem der Glättungskondensatoren
C21 bis C23 vor dem Schließen
des Schalterelements SW11 oder SW12 bezüglich der Signalform in Übereinstimmung
mit der Spannung eines Vollweggleichrichters DB gebracht wird, wird
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht, wodurch Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt
wird. Wenn darüber
hinaus das Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW21 oder SW22
(und SW3) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und somit können die
entsprechenden Ausgangsspannungen der Schaltung eingestellt werden.
-
Wie
oben erklärt,
ist eine Wechselstromquelle AC mit einem Vollweggleichrichter DB
verbunden, der an seinem einen Anschluß mit dem einen Anschluß der Schalterelemente
SW11 und SW12 verbunden ist, wobei der Kondensator C1 zwischen den anderen
Anschlüssen
der Schalterelemente SW11 und SW12 angeschlossen ist. Die Parallelschaltung aus
u Reihenschaltungen, von denen jede aus dem Schalterelement SW4j
(j= 2i+1; i= 0, 1,..., u-1) und der Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2j
(j= 2i+1; i= 0, 1,..., u-1) und einem Verbraucher Rj (j= 2i; i=
1,..., u-1) besteht, ist zwischen dem Verzweigungspunkt des Schalterlementes
SW11 und des Kondensators C1 und Masse angeschlossen. Ebenfalls
zwischen dem Verzweigungspunkt des Schalterelementes SW12 und des
Kondensators C1 und Masse ist die Parallelschaltung aus m Reihenschaltungen
geschaltet, von denen jede aus dem Schalterelement SW4k (k= 2i;
i= 1,..., m) und der Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2k (k= 2i; i= 1,..., m) und einem Verbraucher Rk (k= 2i; i= 1,..., m)
besteht. Die Anzahl n der gewünschten
Ausgangsspannungen, die so erhalten wird, ist auf (u + m) eingestellt.
Das Steuerungsmittel zur Einstellung der Spannung am Kondensator
C1 ist angeschlossen. Durch Einstellen der Spannung am Kondensator C1
durch das Steuerungsmittel, kann die Unterdrückung der Eingangsoberwellenverzerrung,
die Einstellung des Eingangsstromwertes und die Einstellung der
jeweiligen Ausgangsspannungen erreicht werden. Durch Einstellen
einer hohen Betriebsfrequenz können
die jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente klein
gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung von
geringer Größe geschaffen
werden, die mehrere gewünschte
Gleichspannungen erzeugt.
-
Ausführungsform 8:
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Ein
Schaltplan einer achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 20 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus einer Parallelschaltung, die aus n
Reihenschaltungen aus Schalterelementen SW1i (i=1, 2,..., n) und
C1i (i= 1, 2,..., n) besteht, und einer Parallelschaltung aus dem
Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R verbunden. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung
von an den Kondensatoren C11, C12,..., C1n anliegenden Spannungen
ist parallel mit den Kondensatoren C11, C12,..., C1n verbunden.
Das Steuerungsmittel umfaßt
die Induktivität
L1, die Schalterelemente SW2i (i= 1, 2,..., n), SW3 und die Dioden
D1 und D2. Parallel zu den Kondensatoren C1i sind Reihenschaltungen
aus den jeweiligen Schalterelementen SW2i (i= 1, 2,..., n), der
Induktivität
L1 und der Diode D1 geschaltet. Zwischen einem Verzweigungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse liegt das Schalterelement SW3. Um
die in der Induktivität
L1 übrige
Energie zum Lastkreis zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einen
Verzweigungspunkt des Schalterelementes SW21, SW22,..., SW2n und
der Induktivität
L1 und Masse geschaltet. Im Fall der 20 ist
n beispielsweise auf einen Wert von 3 eingestellt.
-
Nachfolgend
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt werden.
Als erstes wird die durch die Wechselstromquelle angelegte Spannung
Vin am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal
davon ist die Eingangsspannung V1. Wenn die Schalterelemente SW1i
(i=1, 2,..., n) alle in Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung
empfangenes Signal gleichzeitig geschlossen werden, werden die Spannungen,
die den Summen der Spannungen an den Kondensatoren C1i (i= 1, 2,...,
n) und an dem Glättungskondensator
C2 entsprechen, auf die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen.
Dann wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform nach dem Öffnen der Schalterelemente
SW1i erklärt
werden. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1,
in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW2i
auf einer Zeiteinteilung basierend geschlossen. Das führt dazu,
daß die
Kondensatoren C1i mit der Induktivität L1 verbunden werden, so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C1i zur Induktivität L1 geführt und in dieser in Form von
magnetischer Energie gespeichert wird. In einem Talbereich der pulsierenden
Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout
ist, wird das Schalterelement SW3 vorher in seinem geschlossenen
Zustand belassen und der gleiche Vorgang wie oben durchgeführt. Das
führt dazu, daß der Kondensator
C1 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß die
Energie des Glättungskondensators
C2 teilweise zur Induktivität
L1 geführt
und in dieser daraufhin in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C1i aufgeladen wird. Die vorübergehend in der Induktivität L1 durch
den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig durch
die Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement
SW2i gesperrt wird. Die in dem Kondensator C1 auf diese Weise gespeicherte überschüssige Energie
wird durch die Induktivität
L1 zu dem Lastkreis geschickt. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen
ist, wird die Spannung am Kondensator C1j (j= i+1; i=1, 2,..., n-1)
in im wesentlichen der gleichen Weise wie oben eingestellt. Dieser Vorgang wird
wiederholt, um die Spannungen an den Kondensatoren C1i wirksam einzustellen.
-
Der
obige Vorgang ermöglicht
es, daß die Kapazitäten der
Kondensatoren C1i klein gemacht werden können und der durch diese Schleife
fließende
Spitzenwert ebenfalls reduziert werden kann. Diese Wiederholung
läßt die Spannung
des Glättungskondensators
C2 allmählich
ansteigen. Der Kondensator C1i dient dazu, darin eine Spannung festzuhalten
oder zu speichern, die einer Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und
zwar derart, daß,
wenn die Schalterelemente SW11, SW12,...SW1n in ihrem geschlossenen
Zustand sind, die pulsierende Eingangsspannung in Reihe mit einer
Parallelschaltung aus den Kondensatoren C11, C12,..., C1n geschaltet
wird, um eine Gleichspannung zu dem Lastkreis zu liefern. Darüber hinaus wird
die Einschaltzeit der Schalterelemente SW2i (i= 1, 2,..., n) derart
gesteuert, daß die
Spannung V2, die einer Summe der Spannungen am Kondensator (1i (i=
1, 2,..., n) und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, sofort nach dem Schließen der Schalterelemente SW11,
SW12,..., SW1n in Übereinstimmung zu
dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird, um die Eingangsoberwellenverzerrung
zu unterdrücken.
Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2i (i=1, 2,..., n)
verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
wächst oder
fällt.
Folglich kann diese Schaltung hinsichtlich ihrer Ausgangsspannung
eingestellt werden.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit der Reihenschaltung aus einer Parallelschaltung, die aus n Reihenschaltungen
aus Schalterelementen SW1i (i=1, 2,..., n) und Kondensatoren C1i
(i=1, 2,..., n) besteht; verbunden ist. Das Steuerungsmittel, das
die Induk tivität
L1, die Schalterelemente SW2i (i=1, 2,..., n), SW3 und die Dioden
D1 und D2 enthält,
ist parallel mit den jeweiligen Kondensatoren C1i verbunden. Wenn
die Spannungen an den Kondensatoren C1i durch das Steuerungsmittel
gesteuert werden, kann die Unterdrückung der Eingangsoberwellenverzerrung,
die Einstellung des Eingangsstromwertes und die Einstellung der
Ausgangsspannung erreicht werden. Ferner können die jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und
Schalterelemente klein gemacht werden, wenn die Betriebsfrequenz
hoch eingestellt ist. Folglich wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung erzeugen kann.
-
Ausführungsform 9:
-
Ein
Schaltplan einer neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 21 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW1, dem Kondensator
C11, dem Schalterelement SW41, dem Kondensator C12, dem Schalterelement
SW42,..., dem Kondensator C1m, dem Schalterelement SW4m (m= n-1),
dem Kondensator C1n und einer Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R verbunden ist. Mit den Verzweigungspunkten
des Kondensators C11 und des Schalterelementes SW41, des Kondensators
C12 und des Schalterelementes SW42,..., und des Kondensators C1m
und des Schalterelementes SW4m (m= n-1), und mit dem Verzweigungspunkt des
Kondensators C1n und des Glättungskondensators
C2 sind Dioden D3j (j=1, 2,..., m; m= n-1) verbunden. Parallel zu
den Kondensatoren C1i (i=1, 2,..., n) ist ein Steuerungsmittel zur
Einstellung von Spannungen an den Kondensatoren C1i verbunden. Das Steuerungsmittel
umfaßt
die Induktivität
L1, die Schalterelemente SW2i (i=1, 2,..., n) und SW3 und die Dioden
D1i (i=1, 2,..., n) und D2. Die Schalterelemente SW2i (i=1, 2,...,
n) sind zwischen einem Anschluß der
Kondensatoren C1i (i=1, 2,..., n) und einem Anschluß der Induktivität L1 verbunden.
Die Dioden D1j (j=1, 2,..., m; m= n-1) sind zwischen die anderen
Anschlüsse
der Kondensatoren C1j (j=1, 2,..., m; m= n-1) und den anderen Anschluß der Induktivität über die
Schalterelemente SW4j (j=1, 2,..., m; m= n-1) geschaltet. Die Dioden
D1n sind zwischen die anderen Anschlüsse der Kondensatoren C1n und den
anderen Anschluß der
Induktivität
L1 geschaltet. Außerdem
liegt zwischen den Verzweigungspunkten der Induktivität L1 und
der Dioden D11, D12,..., D1n und Masse das Schalterelement SW3.
Um die in der Induktivität
L1 übrige
Energie zu dem Lastkreis zu schicken, wird die Diode D2 zwischen
einen Verzweigungspunkt des Schalterelementes SW21, SW22,..., SW2n
und der Induktivität
und Masse geschaltet. Im Falle der 20 ist
n beispielsweise auf einen Wert von 3 eingestellt.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird unten erklärt werden.
Zunächst
wird die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin am
Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die Eingangsspannung V1. Wenn die Schalterelemente SW1 und SW41,..., SW4m
(m= n-1) als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes
Steuerungssignal geschlossen werden, werden die Spannungen, die
der Summe der Spannungen an den Kondensatoren C11,..., C1n und an
dem Glättungskondensator
C2 entsprechen, auf die pulsierende Eingangsspannung V1 geladen.
Nun wird die Eingangsweise der vorliegenden Ausführungsform nach dem Öffnen der Schalterelemente
SW1 und SW41, ..., SW4m (m= n-1) erklärt werden. In einem Spitzenbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW2i
(i=1, 2,..., n) auf einer Zeiteinteilung basierend geschlossen.
Das führt dazu,
daß ein
Teil der Energie des Kondensators C1i zur Induktivität L1 geführt und
in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird.
-
Die
vorläufig
in der Induktivität
durch den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig über die
Diode D13 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW2i
geöff net
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Die überschüssige, in dem Kondensator C1i
gespeicherte Energie wird auf diese Weise durch die Induktivität L1 zum
Lastkreis geschickt. Wenn dieser Vorgang beendet ist, wird die Spannung
am Kondensator C1k (k= i+1; i=1, 2,..., m; m= n-1) in im wesentlichen
der gleichen Weise wie oben eingestellt. Dieser Vorgang wird wiederholt,
um die Spannungen an den Kondensatoren C1i wirksam einzustellen.
Als Folge davon kann die an die Induktivität angelegte Spannung vermindert
werden, und der Wert der Induktivität L1 kann klein gemacht werden.
Diese Wiederholung führt
dazu, daß die
Spannung des Glättungskondensators
C2 allmählich
anwächst.
Eine Summe aus Spannungen an den Kondensatoren C11,..., C1n wird
festgehalten oder gespeichert, und zwar als eine Spannung, die einer
Differenz zwischen der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der
Ausgangsspannung Vout entspricht, so daß, wenn die Schalterelemente
SW1, SW41, SW42,..., SW4m (m= n-1) in ihrem geschlossenen Zustand
sind, die pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe mit den Kondensatoren
C11, C12,..., C1n geschaltet wird, um eine Gleichspannung zum Lastkreis
zu liefern. Darüber
hinaus wird die Einschaltzeit des Schalterelementes SW2i so gesteuert,
daß die
Spannung V2, die einer Summe der Spannungen an den Kondensatoren
C11,..., C1n und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen der Schalterelemente SW1,
SW41, SW42,..., SW4m (m= n-1) in Übereinstimmung mit der Wellenform
des vollweggleichgerichteten Ausgangssignals V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung zur
Eingangsspannungssignalform gebracht wird, um die Eingangsoberwellenverzerrung
zu unterdrücken.
Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2i (i=1, 2,...,
n) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
nimmt zu oder ab. Als Folge davon kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung ihre
Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit einer Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW1, dem Kondensator C11, dem Schalterelement
SW41, dem Kondensator C12, dem Schalterelement SW42,..., dem Kondensator
C1m, dem Schalterelement SW4m (m= n-1), dem Kondensator C1n und der
Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2
und dem Verbraucher R verbunden ist. Mit den Verzweigungspunkten
des Kondensators C11 und des Schalterelementes SW41, des Kondensators C12
und des Schalterelementes SW42,..., des Kondensators C1m und des
Schalterelementes SW4m (m= n-1), und dem Verzweigungspunkt des Kondensators
C1n und des Glättungskondensators
C2 sind die Dioden D3j (j=1, 2,..., m; m= n-1) verbunden. Parallel
mit den Kondensatoren C1i (i=1, 2,..., n) ist das Steuerungsmittel
zur Einstellung der Spannungen an den Kondensatoren C1i verbunden.
Wenn die Spannungen an den Kondensatoren C1i durch das Steuerungsmittel
gesteuert werden, kann die Unterdrückung der Eingangsoberwellenverzerrung,
die Einstellung des Eingangsstromwertes und die Einstellung der
Ausgangsspannung erzielt werden. Wenn darüber hinaus die Betriebsfrequenz
hoch eingestellt ist, können
die jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente klein
gemacht werden. Folglich wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 10:
-
Ein
Schaltplan einer zehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 22 dargestellt.
Signalformen von Signalen der vorliegenden Ausführungsform sind in 23 gezeigt. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW1 und der Diode D3 verbunden ist. Eine
Reihenschaltung aus der Induktivität L2, dem Kondensator C1 und
einer Parallelschaltung des Glättungskondensators
C2 und des Verbrauchers R ist parallel zur Diode D3 geschaltet,
und ein Steuerungsmittel zur Einstellung der Spannung an dem Kondensator
C1 ist parallel zu dem Kondensator C1 geschaltet. Das Steuerungsmittel
umfaßt
die Induktivität
L1, die Schalterelemente SW2 und SW3 und die Dioden D1 und D2. An
dem Kondensator C1 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW2,
der Induktivität
L1 und der Diode D1. Zwischen einem Verzweigungspunkt der Induktivität L1 und
der Diode D1 und Masse liegt das Schalterelement SW3. Um die in
der Induktivität
L1 übrige
Energie zum Lastkreis zu schicken, wird die Diode D2 zwischen einen Verzweigungspunkt
des Schalterelementes SW2 und der Induktivität L1 und Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Zunächst
wird die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die Eingangsspannung V1. Wenn das Schalterelement SW1 als Reaktion
auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, führt die
Resonanz der Induktivität
L2, des Kondensators C1 und des Glättungskondensators C2 dazu,
daß der Kondensator
C1 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. Das Öffnen
des Schalterelementes SW1 verursacht das Durchschalten der Diode
D3, wodurch die in der Induktivität L2 gespeicherte Energie den
Kondensator C1 und den Glättungskondensator
C2 zusätzlich
lädt. Nun
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung erklärt, nachdem
der durch die Induktivität
L2 fließende
Strom Null wird. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird lediglich das Schalterelement
SW2 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität geführt und dann in dieser in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird. In einem Talbereich der
pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 geringer
als die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW2
und SW3 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C2 zur Induktivität L1 geführt und
in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird, während der Kondensator
C1 aufgeladen wird. Die vorübergehend
in der Induktivität
L1 durch den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig über die
Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW2
(und SW3) geöffnet
wird, so daß die
Diode D2 durchgeschaltet wird. Die in dem Kondensator C1 gespeicherte überschüssige Energie
wird auf diese Weise zum Lastkreis über die Induktivität L1 geschickt,
um die Spannung des Kondensators C1 wirksam einzustellen. Dieser
Vorgang führt
dazu, daß die Spannung
am Glättungskondensator
C2 allmählich anwächst. Der
Kondensator C1 dient dazu, in ihm eine Spannung festzuhalten oder
zu speichern, die einer Differenz zwischen der pulsierenden Eingangsspannung
V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und zwar in der Weise,
daß, wenn
das Schalterelement SW1 in seinem geschlossenen Zustand ist, die
pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe mit dem Kondensator C1
geschaltet wird, um eine Gleichspannung zu dem Lastkreis zu liefern.
Ferner wird die Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW3)
derart gesteuert, daß die
Spannung V2, die einer Summe der an dem Kondensator C1 und an dem
Glättungskondensator
C2 liegenden Spannungen entspricht, kurz vor dem Schließen des
Schalterelementes SW1 bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
mit dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird,
um die Einschaltzeit des Schalterelementes SW1 konstant zu machen, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Darüber hinaus
ermöglicht
die auf einer solchen Steuerung und Resonanz basierende Stromwellenform
die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung und die strombegrenzende Wirkung
der Induktivität
L1 ermöglicht
es, daß die
Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform klein gemacht wird. Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW3)
verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
wächst
oder nimmt ab. Als Folge davon kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
die Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW1 und der Diode D3 verbunden ist. Die
Reihenschaltung aus der Induktivität L2, dem Kondensator C1 und
der Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R ist parallel zur Diode D3 geschaltet. Das
Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, die Schalterelemente
SW2 und SW3 und die Dioden D1 und D2 zur Einstellung der Spannung
am Kondensator C1 enthält,
wird parallel zum Kondensator C1 geschaltet. Wenn die am Kondensator
C1 liegende Spannung durch das Steuerungsmittel gesteuert wird,
kann die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die entsprechenden Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung von
geringer Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte
Gleichspannung erzeugt.
-
Ausführungsform 11:
-
Ein
Schaltplan einer elften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist in 24 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW1, dem Kondensator C1, der Induktivität L2 und
einer Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2 und dem
Verbraucher R in Reihe verbunden ist. Die Diode D3 ist parallel
zu einer Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und dem Glättungskondensator
C2 geschaltet. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung der an dem Konden sator C1
liegenden Spannung ist parallel zum Kondensator C1 geschaltet. Das
Steuerungsmittel umfaßt
die Induktivität
L1, die Schalterelemente SW2, SW3 und SW4 und die Dioden D11, D12
und D2. Am Kondensator C1 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW2, der Induktivität
L1 und der Diode D11. Zwischen einem Verzweigungspunkt der Induktivität L1 und
der Diode D11 und einem Verzweigungspunkt der Induktivität L2 und
dem Glättungskondensator
C2 liegt die Diode D12. Das Schalterelement SW3 ist zwischen einem
Verzweigungspunkt der Induktivität
L1 und der Diode D11 und Masse vorgesehen. Das Schalterelement SW4
ist parallel zu einer Reihenschaltung aus dem Kondensator C1 und der
Induktivität
L2 geschaltet. Um die in der Induktivität L1 übrige Energie zum Lastkreis
zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einen Verzweigungspunkt des
Schalterelementes SW2 und der Induktivität L1 und Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Zunächst
wird die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung am Gleichrichter
DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon ist die Eingangsspannung
V1. Wenn das Schalterelement SW1 als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung
empfangenes Steuerungssignal geschlossen wird, führt die Resonanz des Kondensators
C1, der Induktivität
L2 und des Glättungskondensators
C2 dazu, daß der
Kondensator C1 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. Das Öffnen
des Schalterelementes SW1 verursacht das Durchschalten der Diode
D3, wodurch die in der Induktivität gespeicherte Energie zum
Lastkreis geschickt wird. Als Folge davon kann die an der Induktivität L2 liegende
Spannung höchstens
die Ausgangsspannung Vout erreichen.
-
Als
nächstes
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung erklärt, nachdem
der durch die Induktivität
L2 fließende
Strom Null wird. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 höher
als die Ausgangsspannung Vout ist, ist lediglich das Schalterelement SW2
geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 in Reihe geschaltet wird,
so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und
in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird. In
einem Teilbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die
Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout ist, werden die
Schalterelemente SW2 und SW3 geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C1 mit dem Glättungskondensator
C2 und den Induktivitäten
L1 und L2 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C2 auf die Induktivitäten L1 und L2 geführt und
in diesen in Form von magnetischer Energie gespeichert wird, während der
Kondensator C1 aufgeladen wird. Die vorübergehend in der Induktivität L1 durch
den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig über die
Diode D12 zum Glättungskondensator
C2 geschickt, sobald das Schalterelement SW2 (und SW3) gesperrt
ist, so daß die
Diode D2 durchgeschaltet wird. In dem Talbereich verursacht die
in der Induktivität
L2 gespeicherte Energie das Schließen des Schalterelementes SW4,
um den Kondensator C1 zu laden, sobald die Schalterelemente SW2
und SW3 geöffnet
werden.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, wird die in dem Kondensator auf diese Weise gespeicherte überschüssige Energie
zu dem Lastkreis über
die Induktivität
L1 geschickt, um die Spannung des Kondensators C1 wirksam einzustellen.
Dieser Vorgang läßt die an
dem Glättungskondensator
C2 liegende Spannung allmählich
wachsen. Der Kondensator C1 dient dazu, in ihm eine Spannung festzuhalten
oder zu speichern, die einer Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und
zwar in der Weise, daß,
wenn das Schalterelement SW1 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C1 geschaltet wird, um eine Gleichspannung
zu dem Verbraucher zu liefern. Darüber hinaus wird die Einschaltzeit
des Schalterelementes SW2 (und SW3) so gesteuert, daß die Spannung
V2, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator C1 und dem
Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW1
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
mit dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird,
so daß die
Einschaltzeit des Schalterelementes SW1 konstant gemacht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Ferner ermöglicht die
auf einer solchen Steuerung und Resonanz basierende Stromsignalform
S, die Eingangswellenverzerrung zu unterdrücken, und die strombegrenzertde Wirkung
der Induktivität
L1 ermöglicht
es, die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform klein zu machen. Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW3)
verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
steigt oder fällt.
Als Folge davon kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW1, dem Kondensator C1 und der Induktivität L2 und
der Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R in Reihe geschaltet ist. Die Diode D3 ist
parallel zu der Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und
dem Glättungskondensator
C2 geschaltet. Das Steuerungsmittel zur Einstellung der an dem Kondensator C1
liegenden Spannung ist parallel zu dem Kondensator C1 geschaltet.
Wenn die an dem Kondensator C1 liegende Spannung durch das Steuerungsmittel gesteuert
wird, kann die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte Gleichspannung
herstellen kann.
-
Ausführungsform 12:
-
Ein
Schaltplan einer zwölften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 25 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Ausgangsanschlüssen mit dem Schalterelement
SW1 und der Diode D3 verbunden ist. Die Induktivität L2, der
Kondensator C1 und eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und einem Verbraucher R liegt an der Diode D3. Eine Reihenschaltung aus
der Diode D4 und dem Schalterelement SW4 ist parallel zu einer Reihenschaltung
aus der Induktivität L2
und dem Kondensator C1 geschaltet. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung
der an dem Kondensator C1 liegenden Spannung ist parallel zum Kondensator C1
geschaltet. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2 und SW3 und die Dioden D1 und D2. Am Kondensator
C1 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW2, der Induktivität L1 und
der Diode D1. Zwischen einem Verzweigungspunkt der Induktivität L1 und
der Diode D1 und Masse liegt das Schalterelement SW3. Um die in
der Induktivität übrige Energie
zu dem Lastkreis zu schicken, wird die Diode D2 zwischen einem Verzweigungspunkt
des Schalterelementes SW2 und der Induktivität L1 und Masse verbunden.
-
Unten
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt. Zunächst wird
die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung am Vollweggleichrichter
DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon ist die Eingangsspannung
V1. Wenn das Schalterelement SW1 als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung
empfangenes Steuerungssignal geschlossen wird, wird die Resonanz
der Induktivität
L2, des Kondensators C1 und der Glättungskondensator C2 aufgeladen
werden. Nach dem Öffnen
des Schalterelementes SW1, in einem Spitzenbereich der pulsierenden
Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 größer als die Ausgangsspannung
Vout ist, führt
das Schließen
des Schalterelementes SW4 zum Durchschalten der Diode D4, wodurch
die in der Induktivität
L2 gespeicher te Energie verwendet wird, um den Kondensator C1 weiter
aufzuladen. In einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout
ist, wird die Diode D3 durchgeschaltet, wenn das Schalterelement
SW4 in seinem geschlossenen Zustand verbleibt, so daß die in
der Induktivität
L2 gespeicherte Energie dazu führt,
daß der
Glättungskondensator C2
geladen wird. Als Folge davon kann die an die Induktivität L2 angelegte
Spannung höchstens
die Ausgangsspannung Vout erreichen.
-
Nun
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt, nachdem
der durch die Induktivität
L2 fließende
Strom Null wird. In dem Spitzenbereich ist lediglich das Schalterelement
SW2 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 in Reihe geschaltet wird,
so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird.
In dem Talbereich werden die Schalterelemente SW2 und SW3 geschlossen.
Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L2 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C2 zur Induktivität
L1 geführt
und in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C1 geladen wird. Die vorübergehend in der Induktivität durch den
obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird über die
Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW2
(und SW3) geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten.
-
Die überschüssige in
dem Kondensator C1 gespeicherte Energie wird auf diese Weise durch
die Induktivität
L1 zum Lastkreis geschickt, um die Spannung des Kondensators C1
wirksam einzustellen. Dieser Vorgang läßt die an dem Glättungskondensator
C2. liegende Spannung allmählich
wachsen. Der Kondensator C1 dient dazu, in ihm eine Spannung festzuhalten
oder zu speichern, die einer Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout ent spricht, und zwar
derart, daß,
wenn das Schalterelement SW1 geöffnet
ist, die pulsierende Eingangsspannung V1 mit dem Kondensator C1
in Reihe geschaltet wird, um eine Gleichspannung zum Lastkreis zu
liefern. Darüber
hinaus wird die Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW3)
derart gesteuert, daß die Spannung
V2, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator C1 und dem
Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW1
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, um
die Einschaltzeit des Schalterelementes SW1 konstant zu machen, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Ferner ermöglicht es
die auf einer solchen Steuerung und Resonanz basierende Signalform,
die Eingangsoberwellenverzerrungen zu unterdrücken, und die strombegrenzende
Wirkung der Induktivität
ermöglicht
es, daß die
Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform klein gemacht wird. Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW3) verändert wird,
variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
wächst oder
fällt.
Als Folge davon kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit dem Schalterelement
SW1 und der Diode D3 verbunden ist. Die Induktivität L2, der
Kondensator C1 und die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2
und dem Verbraucher R liegt an der Diode D3. Die Reihenschaltung
aus der Diode D4 und dem Schalterelement SW4 ist parallel mit der
Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und dem Kondensator C1
verbunden. Das Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2 und SW3 und die Dioden D1 und D2 enthält, ist
parallel zum Kondensator C1 geschaltet. Wenn die am Kondensator
C1 liegende Spannung durch das Steuerungsmittel gesteuert wird,
kann die Unter drückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn ferner
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die entsprechenden Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von kleiner Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 13:
-
26 zeigt einen Schaltplan
einer dreizehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen mit
dem Schalterelement SW1, dem Kondensator C1, dem Schalterelement
SW3, der Induktivität
L1, der Diode D1 und einer Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R in Reihe geschaltet ist. Die Diode D3 ist
zwischen einen Verzweigungspunkt des Kondensators C1 und des Schalterelementes
SW3 und einen Verzweigungspunkt der Diode D1 und des Glättungskondensators C2
geschaltet. Das Schalterelement SW2 ist parallel zu einer Reihenschaltung
aus dem Kondensator C1 und dem Schalterelement SW3 geschaltet, und
das Schalterelement SW4 ist parallel zu einer Reihenschaltung aus
der Diode D1 und dem Glättungskondensator
C2 geschaltet. Um die in der Induktivität L1 übrige Energie zum Lastkreis
zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einen Verzweigungspunkt des Schalterelementes
SW2 und der Induktivität
L1 und Masse geschaltet.
-
Nun
wird unten die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform
erklärt.
Zunächst
wird die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung am Vollweggleichrichter
DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon ist die Eingangsspannung
V1. Wenn die Schalterelemente SW1 und SW3 als Reaktion auf ein von
der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal geschlossen
werden, sorgt die Resonanz des Kondensators C1, des Glättungskondensators
C2 und der Induktivität
L1 dafür,
daß der
Kondensator C1 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen wird. Dieser Vorgang wird als Zustand 1A bezeichnet.
Das Öffnen
des Schalterelementes SW1 führt
zum Durchschalten der Diode D2, wodurch die in der Induktivität L1 gespeicherte
Energie verwendet wird, um den Lastkreis zu laden. Dieser Vorgang
wird als Zustand 1B bezeichnet. Diese Zustände 1A und 1B sind in den 27A und 27B durch entsprechende Schaltungen
gezeigt.
-
Nachdem
der durch die Induktivität
L1 fließende
Strom Null wird, wird, in einem Spitzenbereich der pulsierenden
Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 größer als die Ausgangsspannung Vout
ist, lediglich das Schalterelement SW2 geschlossen. Das führt dazu,
daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß ein Teil der
Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und in dieser dann in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird. Dieser Vorgang wird als Zustand
2A bezeichnet. In einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout
ist, werden die Schalterelemente SW2 und SW4 geschlossen. Das führt dazu,
daß der
Kondensator C1 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C2 zur Induktivität
L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C1 aufgeladen wird. Dieser Vorgang wird als Zustand
2B bezeichnet. Diese Zustände
2A und 2B sind in den 28A und 28B durch entsprechende
Schaltungen gezeigt.
-
Die
vorübergehend
in der Induktivität
L1 durch den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig über die
Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW2
(und SW4) geöffnet
wird. Dieser Vorgang wird als Zustand 3 bezeichnet und ist in 29 als entsprechende Schaltung
dargestellt. Die in dem Kondensator C1 gespeicherte überschüssige Energie
wird auf diese Weise über
die Induktivität L1
zum Lastkreis geschickt, um die Spannung des Kondensators C1 wirksam
einzustellen. Dieser Vorgang läßt die am
Glättungskondensator
C2 anliegende Spannung allmählich
ansteigen. Der Kondensator C1 dient dazu, in ihm eine Spannung festzuhalten
oder zu speichern, die einer Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und
zwar derart, daß,
wenn das Schalterelement SW1 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C1 geschaltet wird, um eine Gleichspannung
zum Lastkreis zu liefern. Darüber
hinaus wird die Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW4)
so gesteuert, daß die
Spannung V2, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator C1
und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW1
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, um
die Einschaltzeit des Schalterelementes SW1 konstant zu machen,
wodurch die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Die auf einer solchen
Steuerung und Resonanz basierende Signalform ermöglicht es, daß die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt
wird, und die strombegrenzende Wirkung der Induktivität L1 ermöglicht es,
daß die
Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform klein gemacht wird.
-
Wie
oben erklärt,
besitzt in der vorliegenden Ausführungsform
die einzelne Induktivität
die Funktionen des Reduzierens des Eingangsstromes und des Einstellens
der an dem Kondensator C1 liegenden Spannung. Wenn darüber hinaus
dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (und SW4)
verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes, und somit steigt
oder fällt
die Ausgangsspannung. Somit kann die Schaltung der vorliegenden
Ausführungsform
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die herkömmliche
Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW1, der Kapazität C1, dem Schalterelement SW3,
der Induktivität L1,
der Diode D1 und der Parallelschaltung des Glättungskondensators C2 und des
Verbrauchers R in Reihe geschaltet ist. Die Diode D3 ist zwischen
den Verzweigungspunkt des Kondensators C1 und des Schalterelementes
SW3 und einen Anschluß der
Diode D1 geschaltet. Das Schalterelement SW2 ist parallel zu der
Reihenschaltung aus dem Kondensator C1 und dem Schalterelement SW3
geschaltet, und das Schalterelement SW4 ist parallel zu der Reihenschaltung
aus der Diode D1 und dem Glättungskondensator
C2 geschaltet. Um die in der Induktivität L1 übrige Energie zum Lastkreis
zu schicken, ist die Diode D2 zwischen den Verzweigungspunkt des
Schalterelementes SW2 und der Induktivität L1 und Masse geschaltet.
Somit kann, wenn die am Kondensator C1 liegende Spannung gesteuert
wird, die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erhalten werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die entsprechenden Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 14:
-
30 zeigt einen Schaltplan
einer vierzehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und 31 zeigt
Signalformen von Signalen, die den Eingangsstrom der vorliegenden
Ausführungsform
einschließen.
Die vorliegende Ausführungsform
entspricht der achten Ausführungsform, jedoch
ist n auf einen Wert von 2 eingestellt. Die durch die Wechselstromquelle
AC angelegte Spannung Vin wird am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet.
Das Ausgangssignal davon ist die pulsierende Spannung V1. Wenn das
Schalterelement SW11 als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes
Steuerungssignal geschlossen wird, wird eine Spannung, die einer
Summe aus den Spannungen am Kondensator C11 und am Glättungskondensator
C2 entspricht, auf die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen.
Sobald das Schalterelement SW11 geöffnet wird, um das Schalterelement
SW12 einzuschalten, wird eine Spannung, die einer Summe der Spannungen
an dem Kondensator C12 und dem Glättungskondensator C2 entspricht, auf
die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen. Die Arbeitsweise
der Schalterelemente SW11 und SW12, auf einer Zeiteinteilung basierend,
führt dazu,
daß der
Eingangsstrom Iin kontinuierlich aufgenommen wird.
-
Während des
Einschaltzustandes des Schalterelementes SW12 arbeitet die vorliegende
Ausführungsform
folgendermaßen.
In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in
dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird das Schalterelement SW21 geschlossen.
Das führt
dazu, daß der
Kondensator C11 mit der Induktivität in Reihe geschaltet wird,
so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C11 zur Induktivität L1 geführt und in dieser dann in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird. In einem Talbereich der
pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout ist, bleibt das Schalterelement SW3
geöffnet. Das
führt dazu,
daß der
Kondensator C11 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C2 zur Induktivität L1 geführt und
in dieser dann in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C11 geladen wird.
-
Wie
oben erwähnt,
wird die durch den obigen Prozeß vorübergehend
in der Induktivität
L1 gespeicherte Energie vollständig über die
Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW21
(und SW3) geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Sobald das Schalterelement
SW12 geöffnet
wird, wird das Schalterelement SW11 erneut geschlossen, so daß in einem
gleichen Vorgang wie oben das Schalterelement SW21 dazu führt, daß die Spannung
am Kondensator C12 in Hinsicht auf das Schalterelement SW22 eingestellt
wird. Die in den Kondensatoren C11 und C12 gespeicherte überschüssige Energie
wird auf diese Weise durch die Induktivität L1 zum Lastkreis geschickt,
um die Spannungen der Kondensatoren C11 und C12 wirksam einzustellen.
Diese Wiederholung läßt die an
dem Glättungskondensator
C2 liegende Spannung allmählich
anwachsen.
-
Die
Kondensatoren C11 und C12 dienen dazu, in ihnen eine Spannung festzuhalten
oder zu speichern, die der Differenz zwischen der pulsierenden Eingangsspannung
V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und zwar derart, daß, wenn
das Schalterelement SW11 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C11 geschaltet wird, während, wenn
das Schalterelement SW12 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C12 geschaltet wird, um dadurch
eine Gleichspannung zum Lastkreis zu liefern. Darüber hinaus
wird die Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und SW22 (und SW3)
so gesteuert, daß sowohl
die Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator C11
und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW11,
als auch die Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator
C12 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
mit dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird,
wodurch die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Wenn darüber hinaus
die Schalterelemente SW11 und SW12 basierend auf einer Zeiteinteilung
betrieben werden, um den Eingangsstrom Iin kontinuierlich aufzunehmen,
wird die Eingangsoberwellenverzerrung unterdrückt. Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und SW22
(und SW3) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
steigt oder fällt.
Folglich kann die sich ergebende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit einer Parallelschaltung
aus der Reihenschaltung des Schalterelementes SW11 und des Kondensators
C11 und der Reihenschaltung des Schalterelementes SW12 und des Kondensators
C12 verbunden ist. Ein Steuerungsmittel, das die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und D2 enthält, liegt
parallel zu den Kondensatoren C11 und C12. Wenn die Spannungen an
den Kondensatoren C11 und C12 durch das Steuerungsmittel gesteuert
werden, kann die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von kleiner Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte Gleichspannung
herstellt.
-
Ausführungsform 15:
-
In 32 ist ein Schaltplan einer
fünfzehnten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Signalformen von Signalen,
die den Eingangsstrom in der vorliegenden Ausführungsform einschließen, sind
in 33 gezeigt. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW11 und der Diode D3 verbunden ist. Parallel
zur Diode D3 liegt die Induktivität L2, der Kondensator C11 und
eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2 und dem
Verbraucher R. Eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW12
und dem Kondensator C12 ist zwischen einem Anschluß des Vollweggleichrichters
DB und einem Verzweigungspunkt des Kondensators C11 und des Glättungskondensators
C2 vorgesehen. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung der an den Kondensatoren
C11 und C12 liegenden Spannungen ist parallel zu den Kondensatoren
C11 und C12 geschaltet. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die Schalterelemente
SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und D2. An dem Kondensator
C11 liegt eine Serienschaltung aus dem Schalterelement SW21, der
Induktivität
L1 und der Diode D1. Zwischen dem Kondensator C12 und der Induktivität L1 ist
das Schalterelement SW22 vorgesehen. Zwischen einem Verbindungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse liegt das Schalterelement SW3. Um die
in der Induktivität
L1 übrige
Energie zum Lastkreis zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einen
Verzweigungspunkt der Schalterelemente SW21, SW22 und der Induktivität L1 und
Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Zunächst
wird die durch die Wechselspannungsquelle AC angelegte Spannung
Vin am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal
davon ist die Eingangsspannung V1. Wenn das Schalterelement SW11
als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, führt
die Resonanz der Induktivität
L2 und des Kondensators C11 dazu, daß der Kondensator C11 und der
Glättungskondensator
C2 aufgeladen wird. Sobald das Schalterelement SW11 geöffnet wird, wird
das Schalterelement SW12 geschlossen, so daß eine Spannung, die einer
Summe der Spannungen an dem Kondensator C12 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, auf die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen
wird. In diesem Falle wird die Diode D3 durchgeschaltet, so daß die in
der Induktivität
L2 gespeicherte Energie zum Kondensator und zum Glättungskondensator
C2 geschickt wird. Wenn das Laden des Kondensators C12 den Eingangsstrom
I2 allmählich
abfallen läßt, wird
das Schalterelement SW12 wiederum geschlossen. Wenn der Strom I1
groß wird,
wird das Schalterelement SW12 geöffnet.
Die nachfolgenden Betriebsschritte werden im wesentlichen entsprechend
den obigen Ausführungsformen
ausgeführt.
Wenn die Schalterelemente SW11 und SW12 in dieser Weise betrieben
werden, kann der Eingangsstrom Iin, entsprechend einer Summe der
Ströme
I1 und I2, kontinuierlich aufgenommen werden.
-
Wenn
das Schalterelement SW11 geöffnet wird,
arbeitet die vorliegende Ausführungsform
folgendermaßen:
In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in
dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird lediglich das Schalterelement
SW21 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C11 mit der Induktivität L1 in Reihe geschaltet wird,
so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C11 zur Induktivität L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird.
In einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem
die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout ist, bleibt
das Schalterelement SW3 geöffnet. Das
führt dazu,
daß der
Kondensator C11 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C2 zur Induktivität
L1 geführt
und dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert
wird, während
der Kondensator C11 geladen wird. Die vorübergehend in der Induktivität L1 durch
den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig über die
Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW1
(und SW3) geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Selbst wenn sich das Schalterelement
SW12 in seinem geöffneten
Zustand befindet, führt
entsprechend der gleiche Vorgang wie oben dazu, daß das Schalterelement
SW21 es zuläßt, daß die Spannung
des Kondensators C12 in Hinsicht auf das Schalterelement SW22 eingestellt
wird. Die auf diese Weise in den Kondensatoren C11 und C12 gespeicherte
Energie wird über
die Induktivität
L1 zum Lastkreis geschickt, um die Spannungen an den Kondensatoren C11
und C12 wirksam einzustellen. Die Wiederholung des obigen Vorgangs
läßt die am
Glättungskondensator
C2 liegende Spannung allmählich
anwachsen. Die Kondensatoren C11 und C12 dienen dazu, in ihnen eine
Spannung festzuhalten oder zu speichern, die der Differenz zwischen
der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout
entspricht, und zwar derart, daß,
wenn das Schalterelement SW11 geschlossen ist, die pulsierende Spannung
V1 mit dem Kondensator C11 in Reihe geschaltet wird, während, wenn
das Schalterelement SW12 geöffnet
ist, die pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe mit dem Kondensator C12
geschaltet wird, um dadurch eine Gleichspannung zum Lastkreis zu
liefern. Ferner wird die Einschaltzeit der Schalterelemente SW21
und SW22 (und SW3) so eingestellt, daß sowohl die Spannung, die
einer Summe der Spannungen an dem Kondensator C11 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12,
als auch die Spannung, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator
C12 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12
in bezug auf die Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal gebracht wird, um die
Einschaltzeit des Schalterelementes SW1 konstant zu machen, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Die Schalterelemente
SW11 und SW12 führen
dazu, daß die
durch diese fließenden
Ströme
kombiniert werden, so daß der
Eingangsstrom kontinuierlich aufgenommen werden kann, und die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt
werden kann. Wenn ferner dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und SW22 (und
SW3) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung steigt
oder fällt.
Folglich kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit dem Schalterelement
und der Diode D3 verbunden ist. Die Induktivität L2, der Kondensator C11 und
die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R liegt parallel zur Diode D3. Die Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW12 und dem Kondensator C12 ist zwischen
dem Ausgang des Vollweggleichrichters DB und dem Verzweigungspunkt
des Kondensators C11 und des Glättungskondensators
C2 vorgesehen. Die Steuerungsmittel, die die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW21, SW22 (und SW3), und die Dioden D1 und D2
enthalten, sind parallel zu den Kondensatoren C11 und C12 geschaltet.
Wenn die Spannungen an den Kondensatoren C11 und C12 durch das Steuerungsmittel
gesteuert werden, kann die Unterdrückung der Eingangsoberwellenverzerrung,
die Einstellung des Eingangsstromwertes und die Einstellung der
Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus die Betriebsfrequenz
hoch eingestellt ist, können
die jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente klein
gemacht werden. Folglich kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte
Gleichspannung erzeugen kann.
-
Ausführungsform 16:
-
In 34 ist ein Schaltplan einer
sechzehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW11 und der Diode D3 verbunden ist. Die
Induktivität
L2, der Kondensator C11 und eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R ist parallel zur Diode D3 geschaltet. Eine
Reihenschaltung aus der Diode D4 und dem Schalterelement SW4 ist parallel
zu einer Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und dem Kondensator C11
vorgesehen. Eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW12 und dem
Kondensator C12 ist zwischen einen Anschluß des Vollweggleichrichters
DB und einen Verzweigungspunkt des Kondensators C11 und des Glättungskondensators
C2 geschaltet. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung der Spannungen
an den Kondensatoren C11 und C12 liegt parallel zu den Kondensatoren
C11 und C12. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und D2. Am
Kondensator C11 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW21, der Induktivität
L1 und der Diode D1. Zwischen dem Kondensator C12 und der Induktivität L1 ist
das Schalterelement SW22 vorgesehen. Zwischen einem Verzweigungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse liegt das Schalterele ment SW3. Um
die in der Induktivität
L1 übrige
Energie zum Lastkreis zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einem
Verzweigungspunkt der Schalterelemente SW21, SW22 und der Induktivität L1 und
Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Zunächst
wird die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die Eingangsspannung V1. Wenn das Schalterelement SW11 als Reaktion
auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, führt die
Resonanz der Induktivität
L2 und des Kondensators C11 dazu, daß der Kondensator C11 und der Glättungskondensator
C2 geladen werden. Sobald das Schalterelement SW11 geöffnet wird,
wird das Schalterelement SW12 geschlossen, so daß eine Spannung, die einer
Summe der Spannungen am Kondensator C12 und am Kondensator C2 entspricht,
auf die pulsierende Eingangsspannung aufgeladen wird. In diesem
Fall wird in einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, das Schalterelement SW4 geschlossen,
so daß die
in der Induktivität
L2 gespeicherte Energie zum Kondensator C11 geschickt wird. In einem
Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung
V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout ist, wird die Diode D3
durchgeschaltet, und die in der Induktivität L2 gespeicherte Energie wird
zu dem Kondensator C11 und dem Glättungskondensator C2 geschickt.
Wenn das Laden des Kondensators C12 einen allmählichen Abfall des Eingangsstromes
I2 durch das Schalterelement SW12 verursacht, wird das Schalterelement
SW11 wieder geschlossen. Wenn der Strom I1 durch das Schalterelement
SW11 groß wird,
wird das Schalterelement SW12 geöffnet.
Der nachfolgende Vorgang wird im wesentlichen wie bei den obigen
Ausführungsformen
ausgeführt.
Wenn die Schalterelemente SW11 und SW12 in dieser Weise betrieben
werden, kann der Eingangsstrom Iin, der einer Summe aus den Strömen I1 und
I2 entspricht, kontinuierlich aufgenommen werden.
-
Wenn
das Schalterelement SW11 geöffnet ist,
arbeitet die vorliegende Ausführungsform
folgendermaßen.
In dem Spitzenbereich wird das Schalterelement SW21 geschlossen.
Das führt
dazu, daß der Kondensator
C11 mit der Induktivität
L1 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C11 auf die Induktivität L1 geführt und dann in dieser in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird. In einem Talbereich bleibt
das Schalterelement SW3 geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C11 mit dem Glättungskondensator C2
und der Induktivität
L1 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C2 zur Induktivität
L1 geführt
und dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert
wird, während
der Kondensator C11 aufgeladen wird. Die vorübergehend in der Induktivität L1 durch
den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig
durch die Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement
SW21 (und SW3) geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Selbst wenn das Schalterelement
SW12 geöffnet
ist, führt
in entsprechender Weise wie oben das Schalterelement SW21 dazu, daß die Spannung
des Kondensators C12 eingestellt wird in Hinsicht auf das Schalterelement
SW22. Die auf diese Weise in den Kondensatoren C11 und C12 gespeicherte
Energie wird über
den Lastkreis durch die Induktivität L1 geschickt, um die Spannungen
an den Kondensatoren C11 und C12 wirksam einzustellen. Die Wiederholung
des obigen Vorgangs läßt die Spannung
am Glättungskondensator
C2 allmählich ansteigen.
Die Kondensatoren C11 und C12 dienen dazu, in ihnen eine Spannung
festzuhalten oder speichern, die der Differenz zwischen der pulsierenden Eingangsspannung
V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und zwar in der Weise,
daß, wenn das
Schalterelement SW11 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C11 geschaltet wird, wodurch, wenn das
Schalterelement SW12 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 mit dem Kondensator C12 in Reihe geschaltet wird, um dadurch
eine Gleichspannung zum Lastkreis zu liefern. Ferner wird die Einschaltzeit
der Schalterelemente SW21 und SW22 (und SW3) so eingestellt, daß sowohl
eine Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator C11
und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12,
als auch die Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator
C12 und dem Glättungskondensator
C2 kurz vor dem Schließen
des Schalterelementes SW12 entspricht, bezüglich der Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Die Schalterelemente
SW11 und SW12 führen
dazu, daß die
durch diese fließenden Ströme kombiniert
werden, so daß der
Eingangsstrom kontinuierlich aufgenommen und die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt
werden kann. Wenn darüber
hinaus dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und SW22
(und SW3) verändert wird,
variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Eingangsspannung
wächst
oder fällt.
Folglich kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
bereits oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit dem Schalterelement
SW11 und der Diode D3 verbunden ist. Parallel zur Diode D3 liegen
die Induktivität
L2, der Kondensator C11 und die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R. Die Reihenschaltung aus der Diode D4 und
dem Schalterelement SW4 ist mit der Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und
dem Kondensator C11 verbunden. Die Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW12 und dem Kondensator C12 ist zwischen dem Anschluß des Vollweggleichrichters
DB und dem Verzweigungspunkt des Kondensators C11 und des Glättungskondensators C2
vorgesehen. Die Steuerungsmittel, die die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und D2 umfassen,
sind parallel zu den Kondensatoren C11 und C12 geschaltet. Wenn
die an den Kondensatoren C11 und C12 liegenden Spannungen durch
das Steuerungsmittel gesteuert werden, kann die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen
werden, die eine konstante Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 17:
-
Ein
Schaltplan einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 35 gezeigt.
Signalformen von Signalen der vorliegenden Ausführungsform sind in 36 gezeigt. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW11 und der Diode
D31 und einer parallel zu dieser Reihenschaltung geschalteten Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die
Induktivität
L2, der Kondensator C11 und eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zur Diode D31 geschaltet.
Eine Reihenschaltung aus der Induktivität L2 und dem Kondensator C12
ist zwischen der Diode D32 und dem Glättungskondensator C2 vorgesehen.
Ein Steuerungsmittel zur Einstellung der Spannungen an den Kondensatoren
C11 und C12 ist parallel zu den Kondensatoren C11 und C12 geschaltet.
Das Steuerungsmittel umfaßt
die Induktivität
L1, die Schalterelemente SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und
D2. Am Kondensator C11 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW21, der Induktivität
L1 und der Diode D1. Zwischen dem Kondensator C12 und der Induktivität L1 ist
das Schalterelement SW22 vorgesehen. Zwischen einem Verzweigungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse liegt das Schalterelement SW3. Um
die in der Induktivität
L1 übrige
Energie zum Lastkreis zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einem
Verzweigungspunkt der Schalterelemente SW21, SW22 und der In duktivität L1 und
Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin wird
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die pulsierende Spannung V1. Wenn das Schalterelement SW11 als
Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, führt
die Resonanz der Induktivität
L1 und des Kondensators C11 dazu, daß der Kondensator C11 und der
Glättungskondensator
C2 geladen werden. Sobald das Schalterelement SW11 geöffnet wird,
wird das Schalterelement SW12 geschlossen, so daß die Resonanz der Induktivität L22, des
Kondensators C12 und des Glättungskondensators
C2 dazu führt,
daß der
Kondensator C12 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. In diesem Fall ist die Diode D31 durchgeschaltet,
so daß die
in der Induktivität
L21 gespeicherte Energie zum Kondensator C11 und zum Glättungskondensator
C2 geschickt wird. Entsprechend wird, sobald das Schalterelement
SW12 geöffnet wird,
die Diode D32 durchgeschaltet, so daß die in der Induktivität L22 gespeicherte
Energie zum Kondensator C12 und zum Glättungskondensator C2 geschickt
wird. Wenn die Schalterelemente SW11 und SW12 in dieser Weise, auf
einer Zeiteinteilung basierend, betrieben werden, kann der Eingangsstrom kontinuierlich
aufgenommen werden.
-
Während der
Einschaltzeit des Schalterelementes SW12 arbeitet die vorliegende
Ausführungsform
folgendermaßen.
In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in
dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird das Schalterelement SW21 geschlossen.
Das führt
dazu, daß der
Kondensator C11 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C11 auf die Induktivität L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird.
In einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem
die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout ist, bleibt
das Schal terelement SW3 geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C11 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität L1
verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C2 zur Induktivität L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C11 aufgeladen wird. Die vorübergehend in der Induktivität L1 durch den
obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird vollständig
durch die Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement
SW21 (und SW3) geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Sobald das Schalterelement
SW12 geöffnet
wird, wird das Schalterelement SW11 geschlossen, so daß das Schalterelement
SW22 den gleichen Vorgang wie das Schalterelement SW21 ausführt, um
die Spannung am Kondensator C12 einzustellen.
-
Die
auf diese Weise in den Kondensatoren C11 und C12 gespeicherte überschüssige Energie wird
vollständig über die
Induktivität
L1 zum Lastkreis geschickt, um die Spannungen an den Kondensatoren
C11 und C12 wirksam einzustellen. Die Wiederholung des obigen Vorgangs
läßt die Spannung
am Glättungskondensator
C2 allmählich
ansteigen. Die Kondensatoren C11 und C12 dienen dazu, um in ihnen
eine Spannung festzuhalten oder speichern, die der Differenz zwischen
der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout
entspricht, und zwar derart, daß,
wenn das Schalterelement SW11 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C11 geschaltet wird, während, wenn
das Schalterelement SW12 geöffnet
ist, die pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe mit dem Kondensator
C12 geschaltet wird, um dadurch eine Gleichspannung zum Lastkreis
zu liefern. Wenn ferner die Einschaltzeit der Schalterelemente SW21
und SW22 (und SW3) so gesteuert wird, daß sowohl die Spannung, die
der Summe der Spannungen an dem Kondensator C11 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW11,
als auch die Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator
C12 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12
bezüglich
der Signalform in Über einstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Die auf einer solchen
Steuerung und Resonanz basierende Stromsignalform und die Arbeitsweise der
Schalterelemente SW11 und SW12, basierend auf einer Zeiteinteilung,
wird dazu führen,
daß der Eingangsstrom
kontinuierlich aufgenommen wird und somit die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt wird.
Wenn ferner dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und SW22
(und SW3) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
wächst
oder fällt.
Als Folge davon kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit der Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW11 und der Diode D31 und der parallel
zu dieser Reihenschaltung geschalteten Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die Induktivität L21, der
Kondensator C11 und die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zur Diode D31 geschaltet.
Die Reihenschaltung aus der Induktivität L21 und dem Kondensator C12
ist zwischen der Diode D32 und dem Glättungkondensator C2 vorgesehen.
Das Steuerungsmittel ist parallel zu den Kondensatoren C11 und C12
geschaltet. Wenn die an den Kondensatoren C11 und C12 liegende Spannung
durch das Steuerungsmittel gesteuert wird, kann die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn ferner
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen, die
eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 18:
-
Ein
Schaltplan einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 37 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW11 und der Diode
D31 und einer parallel zu dieser geschalteten Reihenschaltung aus
dem Schalterelement SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die Induktivität L21, der
Kondensator C11 und eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zur Diode D3 geschaltet.
Eine Reihenschaltung aus der Diode D4 und dem Schalterelement SW4
ist parallel zu einer Reihenschaltung aus der Induktivität L21 und
dem Kondensator C11 vorgesehen. Außerdem ist zwischen der Diode
D32 und dem Glättungskondensator
C2 eine Reihenschaltung aus der Induktivität L22 und dem Kondensator C12
vorgesehen. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung der Spannungen
an den Kondensatoren C11 und C12 ist parallel zu den Kondensatoren
C11 und C12 geschaltet. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und D2. Am
Kondensator C11 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW21, der Induktivität L1
und der Diode D1. Zwischen dem Kondensator C12 und der Induktivität L1 ist
das Schalterelement SW22 vorgesehen. Zwischen einem Verzweigungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse liegt das Schalterelement SW3. Um
die in der Induktivität
L1 übrige
Energie zum Lastkreis zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einem
Verzweigungspunkt der Schalterelemente SW21, SW22 und der Induktivität L1 und
Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung V1 wird am
Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die pulsierende Spannung V1. Wenn das Schalterelement SW11 als
Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, führt
die Resonanz der Induktivität
L21, des Kondensators C11 und des Glättungskondensators C2 dazu,
daß der
Kondensator C11 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. Sobald das Schalterelement SW11 geöffnet wird,
wird das Schalterelement SW12 geschlossen, so daß die Resonanz der Induktivität L22, des
Kondensators C12 und des Glättungskondensators
C2 dazu führt,
daß der
Kondensator C12 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird in diesem Falle das Schalterelement
SW4 geschlossen, so daß die
in der Induktivität
L21 gespeicherte Energie über
die Diode D4 zum Kondensator C11 geschickt wird. In einem Talbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout ist, wird die Diode D31 durchgeschaltet,
so daß die
in der Induktivität
L21 gespeicherte Energie zum Kondensator C11 und zum Glättungskondensator
C2 geschickt wird. Sobald das Schalterelement SW12 geöffnet wird,
wird die Diode D32 durchgeschaltet, so daß die in der Induktivität L22 gespeicherte
Energie zum Kondensator C12 und zum Glättungskondensator C2 geschickt
wird. Wenn die Schalterelemente SW11 und SW12, auf einer Zeiteinteilung
basierend, in dieser Weise betrieben werden, kann der Eingangsstrom
kontinuierlich aufgenommen werden.
-
Während der
Einschaltzeit des Schalterelementes SW12 arbeitet die vorliegende
Ausführungsform
folgendermaßen.
In dem Spitzenbereich wird das Schalterelement SW21 geschlossen.
Das führt dazu,
daß der
Kondensator C11 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C11 zur Induktivität L1 geführt und in dieser dann in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird. In dem Talbereich bleibt
das Schalterelement SW3 geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C11 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C2 zur Induktivität L1 geführt und in dieser dann in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird, während der Kondensator C11 aufgeladen
wird. Die vorübergehend
in der Induktivität
L1 gespeicherte Energie wird durch den obigen Prozeß vollständig über die
Diode D1 zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW21
(und SW3) geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Sobald das Schalterelement
SW12 geöffnet
wird, wird das Schalterelement SW11 geschlossen, so daß das Schalterelement
SW22 den gleichen Vorgang wie das Schalterelement SW21 durchführt, um
die Spannung am Kondensator C12 einzustellen.
-
Die
auf diese Weise in den Kondensatoren C11 und C12 gespeicherte überschüssige Energie wird
dann über
die Induktivität
L1 zum Lastkreis geschickt, um die an den Kondensatoren C11 und
C12 liegenden Spannungen wirksam einzustellen. Die Wiederholung
des obigen Vorgangs läßt die am
Glättungskondensator
C2 liegende Spannung allmählich ansteigen.
Die Kondensatoren C11 und C12 dienen dazu, um in ihnen eine Spannung
festzuhalten oder zu speichern, die der Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und
zwar in der Weise, daß,
wenn das Schalterelement SW11 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 mit dem Kondensator C11 in Reihe geschaltet wird, während, wenn
das Schalterelement SW12 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 mit dem Kondensator C12 in Reihe geschaltet wird, um dadurch eine
Gleichspannung zum Lastkreis zu liefern. Außerdem wird die Einschaltzeit
der Schalterelemente SW21 und SW22 (und SW3) so gesteuert, daß sowohl
die Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator C11
und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12,
als auch die Spannung, die der Summe der Spannungen an dem Kondensator
C12 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12,
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, wodurch
die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Überein stimmung
zur Eingangsspannungswellenform gebracht wird. Die auf einer solchen
Steuerung und Resonanz basierende Spannungssignalform und die Arbeitsweise
der Schalterelemente SW11 und SW12, auf einer Zeiteinteilung basierend,
wird dazu führen,
daß der
Eingangsstrom kontinuierlich aufgenommen wird und somit die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt wird.
Wenn ferner dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und SW22
(und SW3) eingestellt wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes
und die Ausgangsspannung wächst
oder fällt.
Folglich kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit der Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW11 und der Diode D31 und der parallel
zu dieser Reihenschaltung geschalteten Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die Induktivität L21, der
Kondensator C11 und die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zur Diode D31 geschaltet.
Die Reihenschaltung aus der Diode D4 und dem Schalterelement SW4
ist parallel zu der Reihenschaltung aus der Induktivität L21 und dem
Kondensator C11 geschaltet. Die Reihenschaltung aus der Induktivität L22 und
dem Kondensator C12 ist zwischen der Diode D32 und dem Glättungskondensator
C2 vorgesehen. Das Steuerungsmittel ist parallel zu den Kondensatoren
C11 und C12 geschaltet. Wenn die Spannungen an den Kondensatoren
C11 und C12 durch das Steuerungsmittel gesteuert werden, kann die
Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn ferner
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 19:
-
Ein
Schaltplan einer neunzehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 38 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW11 und der Diode
D31 und einer parallel zu dieser Reihenschaltung geschalteten Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die
Induktivität
L21, der Kondensator C11 und eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zur Diode D31 geschaltet.
Eine Reihenschaltung aus der Diode D41 und dem Schalterelement SW4
ist parallel zu einer Reihenschaltung aus der Induktivität L21 und
dem Kondensator C11 geschaltet. Außerdem ist zwischen der Diode
D32 und dem Glättungskondensator
C2 eine Reihenschaltung aus der Induktivität L22 und dem Kondensator C12
vorgesehen. Eine Diode D42 ist zwischen einen Verzweigungspunkt
des Schalterelementes SW12 und der Induktivität L22 und einen Verzweigungspunkt
der Diode D41 und des Schalterelementes SW4 geschaltet. Ein Steuerungsmittel
zur Einstellung der Spannungen an den Kondensatoren C11 und C12
ist parallel zu den Kondensatoren C11 und C12 geschaltet. Das Steuerungsmittel
umfaßt
die Induktivität
L1, die Schalterelemente SW21, SW22 und SW3 und die Dioden D1 und
D2. An dem Kondensator C11 liegt eine Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW21, der Induktivität
L1 und der Diode D1. Zwischen dem Kondensator C12 und der Induktivität L1 ist
das Schalterelement SW22 vorgesehen. Zwischen einen Verzweigungspunkt
der Induktivität
L1 und der Diode D1 und Masse ist das Schalterelement SW3 geschaltet.
Um die in der Induktivität
L1 übrige Energie
zum Lastkreis zu schicken, ist die Diode D2 zwischen einen Verzweigungspunkt
der Schalterelemente SW21, SW22 und der Induktivität L1 und
Masse geschaltet.
-
Die
Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform wird unten erklärt werden.
Die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin wird
zunächst
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die pulsierende Spannung V1. Wenn das Schalterelement SW11 als
Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, führt
die Resonanz der Induktivität
L21, des Kondensators C11 und des Glättungskondensators C2 dazu, daß der Kondensator
C11 und der Glättungskondensator
C2 geladen werden. Sobald das Schalterelement SW11 geöffnet wird,
wird das Schalterelement SW12 geschlossen, so daß die Resonanz der Induktivität L22, des
Kondensators C11 und des Glättungskondensators
C2 dazu führt,
daß der
Kondensator C12 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird in diesem Falle das Schalterelement
SW4 geschlossen, so daß die
in der Induktivität
L21 gespeicherte Energie über
die Diode D41 zum Kondensator C11 geschickt wird. In einem Talbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout ist, wird die Diode D31 durchgeschaltet,
so daß die
in der Induktivität
L21 gespeicherte Energie zum Kondensator C11 und zum Glättungskondensator
C2 geschickt wird. Selbst wenn das Schalterelement SW12 geöffnet wird,
führen
das Schalterelement SW4 und die Diode D32 den gleichen Vorgang wie
beim Öffnen
des Schalterelementes SW11 durch. Wenn die Schalterelemente SW11
und SW12 auf diese Weise auf einer Zeiteinteilung basierend betrieben
werden, kann der Eingangsstrom kontinuierlich aufgenommen werden.
-
Wenn
sich das Schalterelement SW12 im geschlossenen Zustand befindet,
arbeitet die vorliegende Ausführungsform
folgendermaßen.
In dem Spitzenbereich wird das Schalterelement SW21 geschlossen.
Das führt
dazu, daß der
Kondensator C11 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß ein Teil der
Energie des Kondensators C11 zur Induktivität L1 geführt und dann in dieser in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird. In dem Talbereich bleibt das
Schalterelement SW3 geöffnet.
Das führt
dazu, daß der
Kondensator C11 mit dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C2 zur Induktivität L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C11 geladen wird. Die vorübergehend durch den obigen
Prozeß in
der Induktivität
L1 gespeicherte Energie wird vollständig über die Diode D1 zum Lastkreis
geschickt, sobald das Schalterelement SW21 (und SW3) geöffnet wird,
um die Diode D2 durchzuschalten. Sobald das Schalterelement SW12
geöffnet
wird, wird das Schalterelement SW11 geschlossen, so daß das Schalterelement
SW22 den gleichen Arbeitsvorgang wie das Schalterelement SW21 durchführt, um
die Spannung am Kondensator C12 einzustellen.
-
Die
auf diese Weise in den Kondensatoren C11 und C12 gespeicherte überschüssige Energie wird über die
Induktivität
L1 zum Lastkreis geschickt, um die Spannungen an den Kondensatoren
C11 und C12 wirksam einzustellen. Die Wiederholung des obigen Vorgangs
läßt die Spannung
am Glättungskondensator
C2 allmählich
ansteigen. Die Kondensatoren C11 und C12 dienen dazu, um in ihnen
eine Spannung festzuhalten oder zu speichern, die einer Differenz
zwischen der pulsierenden Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung
Vout entspricht, und zwar derart, daß, wenn das Schalterelement
SW11 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe
mit dem Kondensator C11 geschaltet wird, während, wenn das Schalterelement
SW12 geöffnet
ist, die pulsierende Eingangsspannung V1 mit dem Kondensator C12
in Reihe geschaltet wird, um dadurch eine Gleichspannung zum Lastkreis
zu liefern. Ferner wird die Einschaltzeit der Schalterelemente SW21
und SW22 (und SW3) so gesteuert, daß sowohl die Spannung, die
einer Summe der Spannungen an dem Kondensator C11 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW11,
als auch die Spannung, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator
C12 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW12
bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
mit dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird,
wodurch die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird. Die auf einer solchen
Steuerung und Resonanz basierende Spannungssignalform und die Arbeitsweise
der Schalterelemente SW11 und SW12, auf einer Zeiteinteilung basierend,
führt dazu,
daß der
Eingangsstrom kontinuierlich aufgenommen wird und somit die Eingangsoberwellenverzerrung
unterdrückt
wird. Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis ferner
durch Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW21 und
SW22 (und SW3) eingestellt wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes
und die Ausgangsspannung steigt oder fällt. Folglich kann die resultierende
Spannungsversorgungsvorrichtung ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit der Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW11 und der Diode D31 und mit der mit dieser
Reihenschaltung parallel verbundenen Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die Induktivität L21, der
Kondensator C11 und die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zu der Diode D31 geschaltet.
Die Reihenschaltung aus der Diode D41 und dem Schalterelement SW4
ist parallel zu der Reihenschaltung aus der Induktivität L21 und
dem Kondensator C11 geschaltet. Die Reihenschaltung aus der Induktivität L22 und
dem Kondensator C12 ist zwischen der Diode D32 und dem Glättungskondensator
C2 vorgesehen. Die Diode D42 ist mit dem Verzweigungspunkt des Schalterelementes
SW12 und der Induktivität
L22 und dem Verzweigungspunkt der Diode D41 und dem Schalterelement
SW4 verbunden. Das Steuerungsmittel ist parallel zu den Kondensatoren
C11 und C12 geschaltet. Wenn die an den Kondensatoren C11 und C12
liegenden Spannungen durch das Steuerungsmittel gesteuert werden,
kann die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenver zerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
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Ausführungsform 20:
-
39 zeigt Signalformen von
Signalen, die bei einer zwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auftreten. Die vorliegende Ausführungsform entspricht der Schaltung
der Ausführungsform
der 1, ist jedoch dafür entwickelt,
den Spitzenstrom zur Zeit der Einstellung der an dem Kondensator
C1 liegenden Spannung in einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout
ist, zu reduzieren. Die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform
wird unten erklärt werden.
Die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin wird
zunächst
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die pulsierende Spannung V1. In der Schaltung der 1, wird, wenn das Schalterelement
SW1 als Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes
Steuerungssignal geschlossen wird, eine Spannung, die der Summe
der Spannungen an dem Kondensator C1 und dem Glättungskondensator C2 entspricht,
auf die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen. Als nächstes wird
die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt werden,
nachdem das Schalterelement SW11 geöffnet wurde. In einem Spitzenbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird lediglich das Schalterelement
SW2 geschlossen. Das führt dazu,
daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 verbunden wird, so daß ein Teil
der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und dann in dieser in Form
von magnetischer Energie gespeichert wird.
-
In
dem Talbereich der pulsierenden Spannung werden lediglich die Schalterelemente
SW2 und SW3 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit einer Reihenschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und der Induktivität
L1 verbunden wird, so daß ein
Teil der Energie des Glättungskondensators
C2 zur Induktivität
L1 geführt
und dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert
wird, während
der Kondensator C1 geladen wird. Dieser Betriebszustand wird als
Zustand 2B-1 bezeichnet. Seine entsprechende Schaltung ist in 40A gezeigt. Dann führt das Öffnen des
Schalterelementes SW3 dazu, daß die
in der Induktivität
L1 gespeicherte Energie den Kondensator C1 auflädt. Dieser Betriebszustand
wird als Zustand 2B-2 bezeichnet und seine entsprechende Schaltung
ist in 40 gezeigt.
Da dieses dazu führt,
daß von
dem Aufladen durch den Glättungskondensator
C2 zu einem Aufladen durch die Induktivität L1 geschaltet wird, stoppt
der Stromzuwachs und der Strom nimmt allmählich ab. Diese Variation ist
in 39 anhand der durchgezogenen
und gestrichelten Linien dargestellt. Die gestrichelte Linie bezieht
sich auf den Zustand vor dem Wechsel, während die durchgezogene Linie
sich auf die vorliegende Ausführungsform
bezieht. Danach wird, wenn die Spannung Vc1 am Kondensator C1 eine
eingestellte Spannung erreicht, das Schalterelement SW2 geöffnet. Die
durch den obigen Prozeß in
der Induktivität
L1 gespeicherte Energie wird durch die Diode D1 vollständig zum
Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW2 geöffnet wird,
um die Diode D2 durchzuschalten. Dieser Betriebszustand wird als
Zustand 3 bezeichnet und seine entsprechende Schaltung ist in 41 gezeigt. Die Einschaltzeit
des Schalterelementes SW2 (und SW3) wird so gesteuert, daß die Spannung
V2, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator C1 und dem
Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW1 bezüglich der
Signalform in Übereinstimmung
mit dem vollweggleichgerichteten Ausagangssignal V1 gebracht wird,
wodurch die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird, um eine Eingangsoberwellenverzerrung
zu unterdrücken.
Wenn ferner dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW2 (und SW3)
verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
steigt oder fällt.
Folglich kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit der Reihenschaltung
aus dem Schalterelement SW11 und der Diode D31 und mit der mit dieser
Reihenschaltung parallel verbundenen Reihenschaltung aus dem Schalterelement
SW12 und der Diode D32 verbunden ist. Die Induktivität L21, der
Kondensator C11 und die Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R sind parallel zu der Diode D31 geschaltet.
Die Reihenschaltung aus der Diode D41 und dem Schalterelement SW4
ist parallel zu der Reihenschaltung aus der Induktivität L21 und
dem Kondensator C11 geschaltet. Die Reihenschaltung aus der Induktivität L22 und
dem Kondensator C12 ist zwischen der Diode D32 und dem Glättungskondensator
C2 vorgesehen. Die Diode D42 ist mit dem Verzweigungspunkt des Schalterelementes
SW12 und der Induktivität
L22 und dem Verzweigungspunkt der Diode D41 und dem Schalterelement
SW4 verbunden. Das Steuerungsmittel ist parallel zu den Kondensatoren
C11 und C12 geschaltet. Wenn die an den Kondensatoren C11 und C12
liegenden Spannungen durch das Steuerungsmittel gesteuert werden,
kann die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Auf
diese Weise kann in dem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout
ist, der Spitzenstrom zur Zeit des Einstellens der Spannung am Kondensator
C1 reduziert werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, und
darüber
hinaus kann die Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit kann eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen
werden, die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Ausführungsform 21:
-
Ein
Schaltplan einer einundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 42 gezeigt,
und Signalformen von Signalen, die in der vorliegenden Ausführungsform
auftreten, sind in 43 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit einer Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW1, dem Kondensator
C1 und einer Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2 und dem
Verbraucher R verbunden ist. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung
der an dem Kondensator C1 liegenden Spannung ist parallel zum Kondensator
C1 geschaltet. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2, SW3 und SW4, die Dioden D1 bis D5 und den Energiespeicherungskondensator
C3. An dem Kondensator C1 liegt eine Reihenschaltung aus der Induktivität L1 und
der Diode D1 und dem Schalterelement SW2. Eine Reihenschaltung aus
der Diode D3 und dem Schalterelement SW4 ist parallel zu einer Reihenschaltung
aus der Diode D1 und dem Schalterelement SW2 geschaltet. Parallel
zum Schalterelement SW4 ist eine Reihenschaltung aus dem Energiespeicherungskondensator
C3 und der Diode D5 geschaltet. Die Diode D2 ist zwischen einen
Verzweigungspunkt des Energiespeicherungs kondensators C3 und der
Diode D5 und Masse geschaltet. Eine Reihenschaltung aus der Diode
D4 und dem Schalterelement SW3 ist parallel. zu einer Reihenschaltung
aus der Diode D3 und dem Energiespeicherungskondensator C3 geschaltet.
Außerdem
ist die Diode D2 zwischen einen Verzweigungspunkt des Energiespeicherungskondensators
C3 und der Diode D5 und Masse geschaltet.
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Unten
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt werden.
Die durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung Vin wird
am Vollweggleichrichter DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon
ist die pulsierende Spannung V1. Wenn das Schalterelement SW1 als
Reaktion auf ein von der Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal
geschlossen wird, wird eine Spannung, die einer Summe der Spannungen
am Kondensator C1 und am Glättungskondensator
C2 entspricht, auf die pulsierende Eingangsspannung V1 aufgeladen.
Dieser Betriebszustand wird als Zustand 1 bezeichnet und seine entsprechende
Schaltung ist in 44 gezeigt.
Als nächstes
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt, nachdem das
Schalterelement SW1 geöffnet
wurde. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1,
in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird das Schalterelement SW2 geschlossen.
Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit der Induktivität L1 über die Diode D1 in Reihe geschaltet
wird, so daß ein
Teil der Energie des Kondensators C1 zur Induktivität L1 geführt und dann
in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird. Dieser
Betriebszustand wird als Zustand 2A bezeichnet. In einem Talbereich
der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem die Spannung V1 kleiner
als die Ausgangsspannung Vout ist, werden die Schalterelemente SW3
und SW4 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit dem Energiespeicherungskondensator C3 und der Induktivität L1 über die
Diode D4 in Reihe geschaltet wird, so daß die Energie des Energiespeicherungskondensators
C3 zum Teil zur Induktivität
L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während
der Kondensator C1 aufgeladen wird. Dieser Betriebszustand wird
als Zustand 2B bezeichnen. 45A und 45B zeigen entsprechende
Schaltungen der Zustände
2A bzw. 2B. Die vorübergehend
durch den obigen Prozeß in
der Induktivität
L1 gespeicherte Energie wird vollständig zum Energiespeicherungskondensator
C3 geschickt, sobald das Schalterelement SW2 (oder SW3, SW4) geöffnet wird,
um die Dioden D3 und D5 durchzuschalten. Dieser Betriebszustand
wird als Zustand 3 bezeichnet, und seine entsprechende Schaltung
ist in 46 gezeigt.
Da in diesem Falle eine Spannung mit der entgegengesetzten Polarität in einem
Zug an die Induktivität
L1 angelegt wird, fällt
der durch die Induktivität
L1 fließende
Strom abrupt ab. Da während dieses
Vorgangs sogar die Spannung am Kondensator C1 kontinuierlich abnimmt,
sinkt die Spannung am Kondensator C1 weiter mit dem gleichen Spitzenstrom.
Das heißt,
daß bei
der gleichen eingestellten Spannung der Spitzenstrom im Vergleich
zu demjenigen einer Ausführung
des Stands der Technik vermindert werden kann.
-
Die
auf diese Weise in dem Kondensator C1 gespeicherte überschüssige Energie
wird über
die Induktivität
L1 zum Energiespeicherungskondensator C3 geschickt, um die Spannung
am Kondensator C1 wirksam einzustellen. Die Wiederholung des obigen Vorgangs
läßt die Spannung
am Glättungskondensator
und am Energiespeicherungskondensator C3 allmählich ansteigen. Der Kondensator
C1 dient dazu, um in ihm eine Spannung festzuhalten oder zu speichern,
die einer Differenz zwischen der pulsierenden Eingangsspannung V1
und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und zwar derart, daß, wenn
das Schalterelement SW1 geschlossen ist, die pulsierende Eingangsspannung
V1 in Reihe mit dem Kondensator C1 geschaltet wird, um eine Gleichspannung zum
Lastkreis zu liefern. Ferner wird die Einschaltzeit des Schalterelementes
SW2 (oder SW3 oder SW4) so gesteuert, daß die Spannung V2, die der
Summe aus den Spannungen an dem Kondensator C1 und dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen des Schalterelementes SW1
bezüglich
ihrer Signalform in Übereinstimmung
zu dem vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird,
wodurch die Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung
zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird, um die Eingangsoberwellenverzerrung
zu unterdrücken.
Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit des Schalterelementes SW2 (oder SW3
oder SW4) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
steigt oder fällt.
Folglich kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung
ihre Ausgangsspannung einstellen. Wie in 44 gezeigt, wird, um die Welligkeit in
der Ausgangsspannung in der Größenordnung technischer
Frequenzen zu reduzieren, die in dem Energiespeicherungskondensator
C3 gespeicherte Energie verwendet, um den Lastkreis mit Energie
zu versorgen. Die Einstellung dieser Energiemenge wird steuerbar
durchgeführt,
indem die Ausgangsspannung Vout erfaßt wird, mit einer Referenzspannung zur
Bestimmung der Einschaltzeit des Schalterelementes SW4 verglichen
wird, und durch die Einschalt- und Ausschaltvorgänge des Schalterelementes SW3
die Ausgangsspannung konstant gehalten wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter
DB verbunden, der wiederum an seinen Anschlüssen mit dem Schalterelement
SW1, dem Kondensator C1 und der Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R verbunden ist. Parallel zu dem Kondensator
C1 ist das Steuerungsmittel geschaltet, das die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW2, SW3 und SW4, die Dioden D1 bis D5 und den
Energiespeicherungskondensator C3 enthält. Wenn die Spannungen am
Kondensator C1 durch das Steuerungsmittel gesteuert werden, kann die
Unterdrückung
der Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Ferner
kann das Schalterelement SW4 Welligkeiten in der Ausgangsspannung
in der Größenordnung
technischer Frequenzen reduzieren. Wenn darüber hinaus die Betriebsfrequenz
hoch eingestellt ist, können
die jeweiligen Kondensatoren, Induktivitäten und Schalterelemente klein
gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvor richtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte Gleichspannung
herstellen kann.
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Ausführungsform 22:
-
Ein
Schaltplan einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 47 gezeigt,
und Signalformen von Signalen, die in der vorliegenden Ausführungsform
auftreten, sind in 48 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit dem Schalterelement SW1 und der Diode D3 in Reihe verbunden
ist. An der Diode D3 liegt eine Reihenschaltung aus der Induktivität L1, dem
Schalterelement SW2, dem Kondensator C1 und einer Parallelschaltung
aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R. Ein Steuerungsmittel zur Einstellung der
Spannung liegt am Kondensator C1. Das Steuerungsmittel umfaßt die Induktivität L1, die
Schalterelemente SW3 und SW4 und die Dioden D1 bis D2. An der Diode
liegt eine Reihenschaltung aus den Schalterelementen SW3 und SW4.
Die Diode D1 ist zwischen einen Verzweigungspunkt der Schalterelemente
SW3 und SW4 und einen Verzweigungspunkt des Kondensators C1 und
des Glättungskondensators
C2 geschaltet. An der Diode D2 liegt das Schalterelement SW2, der Kondensator
C1 und eine Parallelschaltung aus dem Glättungskondensator C2 und dem
Verbraucher R.
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Unten
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt. Die
durch die Wechselstromquelle AC angelegte Spannung wird am Vollweggleichrichter
DB gleichgerichtet. Das Ausgangssignal davon ist die pulsierende
Spannung V1. Wenn das Schalterelement SW1 als Reaktion auf ein von der
Steuerungsschaltung empfangenes Steuerungssignal geschlossen wird
und gleichzeitig das Schalterelement SW2 geschlossen wird, führt die
Resonanz der Induktivität
L1, des Kondensators C1 und des Glättungskondensators C2 dazu,
daß der
Kondensator C1 und der Glättungskondensator
C2 aufgeladen werden. Dieser Betriebszustand wird als Zustand 1
bezeichnet und seine ent sprechende Schaltung ist in 49 gezeigt. Wenn das Schalterelement
SW1 geöffnet
wird, wird die Diode D3 durchgeschaltet, so daß die in der Induktivität L1 gespeicherte
Energie den Kondensator C1 und den Glättungskondensator C2 über das
Schalterelement SW2 lädt. Nun
wird die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erklärt, nachdem
der Strom durch die Induktivität
L1 geflossen ist. In einem Spitzenbereich der pulsierenden Eingangsspannung
V1, in dem die Spannung V1 größer als
die Ausgangsspannung Vout ist, wird das Schalterelement SW3 und
dazu das Schalterelement SW2 geschlossen. Das führt dazu, daß der Kondensator
C1 mit der Induktivität
L1 in Reihe geschaltet wird, so daß ein Teil der Energie des
Kondensators C1 zur Induktivität
L1 geführt
und dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert
wird. Dieser Betriebszustand wird als Zustand 2A bezeichnet und
seine entsprechende Schaltung ist in 50A gezeigt.
In einem Talbereich der pulsierenden Eingangsspannung V1, in dem
die Spannung V1 kleiner als die Ausgangsspannung Vout ist, werden
die Schalterelemente SW3 und SW4 zusätzlich zu dem Schalterelement
SW2 geschlossen. Das führt
dazu, daß der
Kondensator C1 mit dem Energiespeicherungskondensator C2 und der Induktivität L1 verbunden
wird, so daß die
Energie des Energiespeicherungskondensators C2 zum Teil zur Induktivität L1 geführt und
dann in dieser in Form von magnetischer Energie gespeichert wird,
während der
Kondensator C1 geladen wird. Dieser Betriebszustand wird als Zustand
2B bezeichnet und seine entsprechende Schaltung ist in 50B gezeigt. Die vorübergehend
in der Induktivität
durch den obigen Prozeß gespeicherte
Energie wird über
die Diode D1 vollständig
zum Lastkreis geschickt, sobald das Schalterelement SW2 (und SW4)
geöffnet
wird, um die Diode D2 durchzuschalten. Dieser Betriebszustand wird
als Zustand 3 bezeichnet und seine entsprechende Schaltung ist in 51 gezeigt. Die auf diese
Weise in dem Kondensator C1 überschüssige gespeicherte
Energie wird über
die Induktivität
L1 zum Lastkreis geschickt, um die Spannung am Kondensator C1 effektiv
einzustellen. Die Wiederholung des obigen Vorganges läßt die Spannung
am Glättungskondensator
C2 allmählich
an steigen. Der Kondensator C1 dient dazu, um in ihm eine Spannung festzuhalten
oder zu speichern, die einer Differenz zwischen der pulsierenden
Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung Vout entspricht, und zwar
derart, daß,
wenn die Schalterelemente SW1 und SW2 beide geschlossen sind, die
pulsierende Eingangsspannung V1 in Reihe mit dem Kondensator C1
geschaltet wird, um eine Gleichspannung zum Lastkreis zu liefern.
Ferner wird die Einschaltzeit der Schalterelemente SW2 und SW3 (und
SW4) so gesteuert, daß die
Spannung V2, die einer Summe der Spannungen an dem Kondensator und
dem Glättungskondensator
C2 entspricht, kurz vor dem Schließen der Schalterelemente SW1
und SW2 bezüglich
der Signalform in Übereinstimmung
zum vollweggleichgerichteten Ausgangssignal V1 gebracht wird, um
die Einschaltzeit der Schalterelemente SW1 und SW2 konstant zu machen,
wodurch die Hüllkurve der
Eingangsstromsignalform in Übereinstimmung zur
Eingangsspannungs zur Eingangsspannungssignalform gebracht wird.
Die auf einer solchen Steuerung und Resonanz basierende Stromsignalform (48) ermöglicht die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung und ermöglicht es außerdem,
daß die
Hüllkurve
der Eingangsstromsignalform klein gemacht wird. Wenn dieses Ähnlichkeitsverhältnis durch
Einstellen der Einschaltzeit der Schalterelemente SW2 und SW3 (und
SW4) verändert
wird, variiert der Spitzenwert des Eingangsstromes und die Ausgangsspannung
steigt oder fällt. Folglich
kann die resultierende Spannungsversorgungsvorrichtung ihre Ausgangsspannung
einstellen.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Wechselstromquelle AC mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden,
der wiederum an seinen Anschlüssen
mit der Reihenschaltung aus dem Schalterelement SW1 und der Diode
D3 verbunden ist. An der Diode 3 liegt die Reihenschaltung aus der
Induktivität
L1, dem Schalterelement SW2 und dem Kondensator C1 und die Parallelschaltung
aus dem Glättungskondensator
C2 und dem Verbraucher R. Darüber
hinaus ist das Steuerungsmittel vorgesehen, das die Schalterelemente
SW3 und SW4 und die Dioden D1 und D2 enthält. Wenn die Spannung am Kondensator
C1 durch das Steuerungs mittel gesteuert wird, kann die Unterdrückung der
Eingangsoberwellenverzerrung, die Einstellung des Eingangsstromwertes
und die Einstellung der Ausgangsspannung erreicht werden. Wenn darüber hinaus
die Betriebsfrequenz hoch eingestellt ist, können die jeweiligen Kondensatoren,
Induktivitäten
und Schalterelemente klein gemacht werden. Somit wird eine Spannungsversorgungsvorrichtung
von geringer Größe geschaffen,
die eine gewünschte
Gleichspannung herstellen kann.
-
Als
nächstes
ist in 52 ein Schaltplan
einer geeigneten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform
dargestellt. Insbesondere bestehen in der Schaltung der 52 die Schalterelemente
SW1 bis SW4 alle aus NMOSFETs. Der NMOSFET des Schalterelementes
SW1 ist an seiner Drain-Anschlußseite
mit dem Vollweggleichrichter DB verbunden. Der NMOSFET des Schalterelementes
SW2 ist an seiner Drain-Anschlußseite
mit dem Kondensator C1 verbunden. Der NMOSFET des Schalterelementes
SW3 ist an seiner Drain-Anschlußseite
mit der Induktivität
L1 verbunden, und der NMOSFET des Schalterelementes SW4 ist an seiner
Drain-Anschlußseite
mit dem Schalterelement SW3 verbunden. Solch eine Anordnung ermöglicht das
Weglassen der Diode D3 in 47.
Darüber
hinaus kann wegen einer parasitären
Diode am Schalterelement SW2 des NMOSFETs der geschlossene Zustand
des Schalterelementes SW2, in 48 dargestellt,
dem Schaltungsbetrieb der 49 bis 51 genügen, wenn der geschlossene
Zustand lediglich während
des geschlossenen Zustands von sowohl dem in 47 gezeigten Schalterelement SW2 als
auch dem in 47 gezeigten
Schalterelement SW3 andauert. Mit anderen Worten ist es erforderlich,
daß das Schalterelement
SW2 während
einer Zeitperiode vom Schließen
des Schalterelementes SW1 bis zum Schließen des Schalterelementes SW3
(oder ungefähr
bis zum Schließen
des Schalterelementes SW3) in seinem geschlossenen Zustand verbleibt.
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Ausführungsform 23:
-
53 zeigt einen Schaltplan
einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist eine Eingangsfilterschaltung zwischen der Wechselstromquelle
AC und dem Vollweggleichrichter DB vorgesehen. Das dient zur Verhinderung
von Rauschen, das auf der Stromquelle basiert, und ermöglicht ebenfalls
die Verhinderung der externen Übertragung
von Rauschen, das von den Schalterelementen des Spannungswandlerteils
stammt. Ein Beispiel dieser Eingangsfilterschaltung ist in 54 gezeigt, bei der eine
einzige Induktivität
und ein einziger Kondensator verwendet werden. Durch die Eingangsfilterschaltung
kann die Eingangsstromwellenform der Eingangsspannungswellenform
angenähert
werden und außerdem
kann die Eingangsoberwellenverzerrung unterdrückt werden.
-
Es
ist zu erkennen, daß die
Steuerung der Einschalt- und Ausschaltvorgänge der Schalterelemente soweit
erforderlich durch eine Steuerungseinheit in den vorhergehenden
Ausführungsformen
2 bis 23 implementiert werden kann, wie sie in der Ausführungsform
1 der 1 dargestellt
wurde. Die Steuerungsschaltung CON kann eine allgemeine Schalter-Steuerungsanordnung
aufweisen.