DE2702277A1 - Netzgeraet - Google Patents

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DE2702277A1 DE19772702277 DE2702277A DE2702277A1 DE 2702277 A1 DE2702277 A1 DE 2702277A1 DE 19772702277 DE19772702277 DE 19772702277 DE 2702277 A DE2702277 A DE 2702277A DE 2702277 A1 DE2702277 A1 DE 2702277A1
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Description

It 3808
SONY CORPORATION Tokyo / Japan
Netzgerät
Die Erfindung betrifft allgemein ein Netzgerät und insbesondere ein Schalt-NetzgerHt.
Schalt-Netzgeräte sind bekannt. Bei den bekannten Schalt-Netzgeräten wird eine handelsübliche Wechselspannung über einen Netzstecker und einen Netzschalter einem Gleichrichter zugeführt und. dann zu einer Gleichspannung gleichgerichtet und geglättet. Diese Gleichspannung wird einer Serienschaltung der Primärwicklung eines Transformators und eines Schalttransistors zugeführt, der ein in der Impulsbreite moduliertes Signal von einem Impulsbreitenmodulator erhält und dann ein- und ausgeschaltet wird. Somit wird in der Sekundärwicklung des Transformators eine Wechselspannung induziert, die dann einem Gleichrichter zur Gleichrichtung zu einer gewünschten Gleichspannung zugeführt wird, die an einen Ausgangsanschluß abgegeben wird.
Die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß wird von einem Detektor erfaßt und die erfaßte Ausgangsspannung wird über einen Koppler zur Isolierung und Trennung wie einen Fotokoppler dem Modulator als Modulationssignal
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zugeführt. Ein Impuls eines Oszillators wird auf den Modulator als Trägersignal gegeben. Somit wird die Breite des impulsbreitenmodulierten Impulses des Modulators in Abhängigkeit von der Spannung am Ausgangsanschluß und damit von der Gleichspannung am Ausgangsanschluß auf einen konstanten Wert stabilisiert.
Unter der folgender Annahme, daß:
V. die Ausgangsspannung des ersten Gleichrichters
D das Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Impulses
T die Periode des impulsbreitenmodulierten Impulses
Rx die an den Ausgangsanschluß angeschlossene Last und
^1 die Induktivität der Primärwicklung des Transformators
ist, wird die Ausgangsspannung V am Ausgangsanschluß wie folgt ausgedrückt:
Die maximale Ausgangsleistung P wird wie folgt ausgedrückt:
RL
2 2
V, · D · T
Die Ausgangsspannung V kann somit durch Änderung des Tastverhältnisses D des impulsbreitenmodulierten Impulses auf einen konstanten Wert gebracht werden.
Hierbei wird jedoch die Periode T von den Eigenschaften des Schalttransistors und die Induktivität £1 der Primärwicklung von der Ausgangsspannung V. und der maximalen
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Ausgangsleistung P bestimmt. Die in der Primärwicklung während der Periode, innerhalb der der Schalttransistor offen ist, gespeicherte Energie wird von der Sekundärwicklung während der Periode erhalten, wehrend der der Transistor gesperrt ist, so daß im allgemeinen das Tastverhältnis D auf 0,5 bis 0,7 begrenzt ist.
Daher kann mit dem vorherigen bekannten Netzgerät die Ausgangsspannung V für einen weitei
ausreichend stabilisiert werden.
gangsspannung V für einen weiten Bereich von Lasten nicht
Aus diesem Grund ist es im Stand der Technik bekannt, an den Ausgangsanschluß des Netzgerätes zusätzlich zu der tatsächlichen Last eine Ersatzlast anzuschließen, um den Bereich einer offensichtlichen Laständerunn zu verringern und die Ausgangsspannung V zu stabilisieren. Dieses Verfahren bewirkt jedoch eine Verringerung des Wirkungsgrades und wird für einen weiten Bereich einer Laständerung unwirksam.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzgerät mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen.
Die Erfindung schafft ein Netzgerät, das eine stabile Gleichspannung an seinem Ausgangsanschluß für einen großen Bereich von Lasten lieferr kann.
Das Netzgerät kann stets die maximale Ausgangsleistung erzeugen, selbst wenn sich die an seinen Ausgangsanschluß angeschlossene Last ändert.
Das Netzgerät kann die zuvor erläuterten Wirkungen durch Änderung der Induktivität eines Induktivitätselements in Abhängigkeit von der Änderung einer Last durchführen.
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Das Netzgerät ist einfach im Aufbau, kann jedoch die maxi male Leistung und eine stabile Ausgangsspannunn selbst bei einer großen Lasta'nderung bewirken.
Die Erfindung schafft ein Netzgerät, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle, einer Induktivitätseinrichtuno, der eine Gleichspannung der Gleichspannungsquelle zugeführt wird, einer Schalteinrichtung, die mit der Induktivitätseinrichtung verbunden ist, einer Einrichtung zur Umwandlung einer Wechselspannung, die in der Induktivitätseinrichtung durch die Schalteinrichtung erzeugt wird, in eine Gleichspannung, einem Ausgangsanschluß, der mit der Umwandlungseinrichtung verbunden ist, einer Einrichtung zur Ermittlung der an den Ausgangsanschluß abgegebenen Gleichspannung, einem Modulator zur Erzeugung eines modulierten Signals entsprechend dem Ausganassignal der Detektoreinrichtung, einer Einrichtung, um das modulierte Signals auf die Schalteinrichtung zu geben, einer Einrichtung zur Ermittlung der Größe einer an den Ausgangsanschluß angeschlossener Last und einer Einrichtung zur Änderung der Induktivität der Induktivitätseinrichtung entsprechend dem Ausgangssignal der zweiten Detektoreinrichtung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Schaltbild des Netzgerätes gemäß der Erfindung, und
Figur 2 bis 4 weitere Ausfuhrungsformen des Netzgerätes gemäß der Erfindung.
Anhand der Fig. 1 wird nun eine erste Aus füh runers form des Netzgerätes gemäß der Erfindung beschrieben. Bei der
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in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird eine handelsübliche Wechselspannung über einen Netzstecker 1 und Netzschalter 2 einem Vollweg-Gleichrichter 3 zugeführt und von diesem in eine geglättete Gleichspannung umgewandelt . Diese Gleichspannung wird einer Reihenschaltung einer Primärwicklung L1 eines Transformators 4, der als eine Induktivitätseinrichtung wirkt, und einem Transistor 5 zugeführt, der als erste Schalteinrichtung wirkt. Der Transistor 5 wird mit einem impulsbreitenmodulierten Signal eines Modulators 13, der später beschrieben wird, geöffnet und gesperrt. Der Transformator 4 enthält eine Ausgangswicklung L2, und die über der Wicklung L~ induzierte Spannung wird einem Gleichrichter 6 zuaeführt und dann von diesem in eine Gleichspannung umgewandelt, die an einen Ausgangsanschluß 7 abgegeben wird.
Die Gleichspannung am Ausgangsanschluß 7 wird einem Detektor 11 zugeführt und detektiert. Die detektierte Ausgangsspannung des Detektors 11 wird über einen Koppler wie einem Fotokoppler 12 zur Isolierung und Trennung dem Modulator 13 als Modulationssignal zugeführt. Der Modulator 13 erhält einen Impuls von einem Oszillator 14 als Trägersignal. Somit wird ein impulsbreitenmoduliertes Signal von dem Modulator 13 zur Basis des Transistors 5 geleitet. Somit wird die Breite des Impulses des Modulators 13 in Abhängigkeit von der Spannung am Ausgangsanschluß 7 geändert, und wenn eine Last (nicht gezeigt), die mit dem Anschluß 7 verbunden ist, konstant ist, wird die Ausgangsspannung am Anschluß 7 konstant gehalten.
Der zuvor beschriebene Schaltungsaufbau ist bekannt.
Bei dem Netzgerät gemäß der Erfindung in Fig. 1 ist eine Wicklung L, in Reihe zu der Wicklung L1 geschaltet, und eine Reihenschaltung einer Diode 21 und eines Transistors 22, die als zweite Schalteinrichtung dient, ist in Reihe
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zu der Wicklung L3, jedoch parallel zu den Transistor 5 geschaltet. Ein Widerstand 31 mit kleinem Widerstandswert ist zwischen ein Ende der Ausgargswicklunq L? zur Stromdetektion geschaltet und die über dem Widerstand 31 abfallende Spannung wird zu einer? Detektor 32 übertraoen. Der Detektor 32 erzeugt ein Ausganqssigna], das 0 ist, wenn der Spannungsabfall über dem Widerstand 31 oder der Ausgangsstrom des Ausgangsanschlusses 7 kleiner als ein vorbestimmter Wert I_„ ist, das jedoch 1 ist, wenn dieser
in
höher als der vorbestimmte Wert IT„ ist. Das Ausgangssignal wird über einen Koppler 33 einem Steuerkreis, z.B. dem D-Eingang eines D-Flip-Flops 34 zugeführt, das auch an seinem T-Eingang den Impuls des Oszillators 14 erhält. Das an dem Q-Ausgang des Flip-Flops 34 auftretende Signal wird dem einen Eingang eines UND-Glieds 35 zugeführt, das an seinem anderen Eingang den impulsbreitenmcdulierten Impuls des Modulators 13 erhält. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 35 wird der Basis des Transistors 22 zugeführt. Das an dem Q-Ausgang des Flip-Flops auftretende Ausgangssignal 34 wird dem einen Eingang eines UND-Glieds 36 zugeführt, dessen anderer Eingang den impulsbreitenmodulierten Impuls des Modulators 13 erhält. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 36 wird auf die Basis des Transistors 5 gegeben.
Wenn bei dem anhand der Fig. 1 zuvor beschriebenen Netzgerät die an den Ausgangsanschluß 7 angeschlossene Last niedrig ist, wird der Ausgangsstrom am Anschluß 7 verringert. Wenn der Ausgangsstrom unter dem Schwellwert
I_„ des Detektors 32 verringert wird, wird dessen Ausin
gangssignal 0. Damit wird das Ausgangssignal des Q-Ausgangs des Flip-Flops 34 synchron mit dem Impuls des Oszillators 14 0, so daß der Transistor 5 gesperrt wird. Dabei wird jedoch das Ausgangssignal an dem Q-Ausgang des Flip-Flops 34 1, so daß der impulsbreitenmodu-
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lierte Impuls des Modulators 13 über ein UND-Glied 25 dem Transistor 22 zugeführt wird. Der Transistor 22 schal tet somit und damit wird die Ausgangsspannung ν an dem Ausgangsanschluß 7 erhalten.
Die Spannung V. des Gleichrichters 3 wird der Reihenschal tung der Wicklungen L. und L3 zugeführt, so daß die maximale Ausgangsleistung P wie folgt ausgedrückt werden kann:
2 2
V. · D · T
P - 1 P to)
O 2 (f . + £ 2>
in der <£_3 die Induktivität der Wicklung L3 ist.
Wenn die Induktivitäten ^1 und ^3 der Wicklungen L1 und L3 in bestimmter Weise gewählt werden, kann eine ausreichend stabile Gleichspannung V bei einer Änderung der Last erzeugt werden, selbst wenn die Last klein ist.
Wenn die Last am Anschluß 7 groß ist, wird der Ausgangsstrom an dem Anschluß 7 erhöht. Wenn der Ausgangsstrom höher als der Schwellwert I_„ des Detektors 32 wird, wird dessen Ausgangssignal 1 . Somit wird das Auscrancrssignal des Q-Ausganges des Flip-Flops 34 synchron mit dem Impuls des Oszillators 14 zu 0. Daher wird das Ausgangssignal des UND-Glieds 35 0 und damit unterbricht der Transistor 22 seinen Schaltvorgang. Dabei wird jedoch das Ausgangssignal des Q-Ausgangs des Flip-Flops 34 1, so daß der impulsbreiteninodulierte Impuls des Modulators 13 durch ein UND-Glied 36 dem Transistor 5 zugeführt wird. Der Transistor 5 schaltet somit und man erhält am Anschluß 7 die Ausgangsspannung V .
Bei dem Beispiel der Fig. 1 dient die Diode 21 dazu, das Anlegen einer Spannung an den Transistor 22 in
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Sperrichturg zu verhindern, wenn der andere Transistor seinen Schaltvorgang durchführt.
Die Spannung V. des Gleichrichters 3 wird nur der Wicklung L- zugeführt und die Induktivität der Wicklung wird klein im Vergleich zu dem Fall, wenn die Last gering ist. Wie aus den Gleichungen (1)und (2) ersichtlich ist, wird die maximale Ausgangsleistung P , die an dem Ausgangsanschluß 7 erhalten wird, groß. Dies bedeutet, daß, selbst wenn ein großes Ausgangssignal abgegeben wird, die Gleichspannung am Anschluß 7 stabilisiert ist. Wenn die Last groß ist, kann die Gleichspannung V erhalten werden, die für die Änderung der Last ausreichend stabil ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann, selbst wenn die Last stark geändert wird, die Ausgangsspannung V ausreichend stabilisiert werden. Die Laständerung wird durch Änderung der Induktivitäten der Wicklungen L1 und L2 kompensiert, so daß jede Verringerung des Wirkungsgrades vermieden werden kann. Bei dem Beispiel der Fig. 1 sind die Wicklungen L1 und L3 in Reihe geschaltet, es ist jedoch auch möglich, die Wicklungen L1 und L3 parallel zu schalten.
Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des Netzgerätes, in der die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 die gleichen Elemente bezeichnen. In dem Beispiel der Fig. sind die Wicklungen L1 und L3 parallel zueinander geschaltet und der übrige Schaltungsaufbau ist im wesentlichen der gleiche wie in Fig. 1 mit Ausnahme einiger Elemente, die keinen wesentlichen Unterschied machen.
Bei dem Netzgerät in Fig. 2 führt nur der Transistor 5, wenn die Last niedrig ist, den Schaltvorgang durch, um die maximale Ausgangsleistung P zu erzeugen, die durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird, während, wenn die
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.Last groß ist, das Ausgangssignal an dem Q-Ausgang des Flip-Flops 34 1 wird und damit der Transistor 22 den Schaltvorgang wie der Transistor 5 durchführt. Daher kann die maximale Ausgangsleistung P , die wie folgt ausgedrückt wird, erzeugt werden:
4V. . D2 · τ
P = i JL. ... (3)
Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Beispiele der Erfindung, bei denen das Prinzip der Erfindung in Zerhacker-Netzgeräten zur Anwendung kommt und die gleichen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente wie bei den vorherigen Beispielen.
Bei dem Beispiel der Fig. 3 sind zwischen eine Gleichspannungsquelle wie eine Batterie 41 und einen Ausgangsanschluß 7 ein Transistor 5 und eine Drosselspule 42 (die den Wicklungen L1 und L3 der vorherigen Beispiele entspricht) geschaltet, und eine Diode 43 und ein Kondensator 44 sind parallelgeschaltet. Der Transistor 22 ist zwischen einen Abgriff T der Drosselspule 42 und den Ausgangsanschluß 7 (bzw. die Wicklung L3) parallelgeschaltet.
Wenn bei dem Netzgerät in Fig. 3 die Last groß ist, wird das Ausgangssignal an dem Q-Ausgang des Flip-Flops 34 dem Transistor 22 zugeführt, um ihn zu sperren, während wenn die Last niedrig ist, der Transistor 22 geöffnet wird und die Induktivität der Drosselspule 42 klein wird. Wie zuvor erläutert wurde, wird, wenn die Last groß ist, der Transistor 22 gesperrt und die Induktivität der Drosselspule 42 wird groß. Somit kann eine stabile Ausgangsspannung V durch das Netzgerät erzeugt werden, selbst wenn sich die Last stark ändert.
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Wenn bei dem Beispiel der Fig. 4 die Last niedrig ist,
ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 31 klein und damit ist die durch die Widerstünde 45 und 46 geteilte
Spannung niedrig. Daher wird der Transistor 22 gesperrt. Wenn die Last groß ist, öffnet der Transistor 22, da die durch die Widerstände 45 und 46 geteilte Spannung zunimmt. Daher wird eine Drosselspule 47 parallel zu der Drosselspule 42 geschaltet. Es kann somit, selbst wenn die Last stark geändert wird, eine stabile Ausgangsspannuncr V
erzeugt werden.
Bei dem obigen Beispiel kann es möglich sein, daP ein
Transistor und Spulen entsprechend dem Transistor 22
und den Spulen L_ und 47 vorgesehen werden.
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Claims (10)

Ansprüche
1. !Netzgerät, bestehend aus einer Gleichspannunnsquelle, einer Induktivitätseinrichtung, der von der GleichspannungsquelLe eine Gleichspannung zugeführt wird, einermit der Induktivitätseinrichtuno verbundene Schalteinrichtung, einerEinrichtung zur Umwandluna einer in der Induktivitätseinrichtung durch die Schalteinrichtung erzeugten Wechselspannung in eine Gleichspannung, einem mit der Umwandlungseinrichtung verbundenen Ausgangsanschluß, einer Detektoreinrichtuner zur Ermittlung der an den Ausgangsanschluß abgegebenen Gleichspannung, einem Modulator zur Erzeugung eines modulierten Signals entsprechend dem Ausgangssignal der Detektoreinrichtung, und einer Einrichtung, um das modulierte Signal auf die Schalteinrichtung zu geben, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Größe der an dem Ausgangsanschluß angeschlossenen Last, und eine Einrichtung zur Änderung der Induktivität der Induktivitätseinrichtung entsprechend dem Ausgangssignal der zweiten Detektoreinrichtung.
2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitätseinrichtung von einer ersten und zweiten Wicklung gebildet wird, daß die Schalteinrichtung an die erste Wicklung angeschlossen ist, daß die zweite Schalteinrichtung an die zweite Wicklung angeschlosser ist, und daß die zweite Schalteinrichtung mit dem Ausgangssignal der Lastdetektoreinrichtung gesteuert wird.
3. Netzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung in Reihe geschaltet sind, daß die erste Schalteinrichtung in Reihe zu der ersten Wicklung geschaltet ist, und daß die zweite Schalteinrichtung in Reihe zu der zweiten Wicklung geschaltet ist.
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4. Netzgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Oszillator, der deir. Modulator ein zu modulierendes Signal zuführt, ein Flip-Flop, dem die Ausgangssignale der Lastdetektoreinrichtung und des Oszillators zuaeführt werden, ein erstes UND-Glied, dem ein erstes Ausgangssignal des Flip-Flops und das modulierte Signal des Modulators zugeführt wird und der der zweiten Schalteinrichtung ein Schaltsignal zuführt, und ein zweites UND-Glied, dem ein zweites Ausgangssignal des Flip-Flops und das modulierte Signal des Modulators zugeführt wird und der der ersten Schalteinrichtung ein Schaltsignal zuführt.
5. Netzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung parallelgeschaltet sind und daß die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung zu der ersten bzw. zweiten Wicklung in Reihe geschaltet sind.
6. Netzgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Oszillator, der dem Modulator ein zu modulierendes Signal zuführt, ein Flip-Flop, dem das Ausgangssignal der Lastdetektoreinrichtung und das Ausgangssignal des Oszillators zugeführt wird, und ein UND-Glied, dem ein Ausgangssignal des Flip-Flops und ein Ausgangssignal des Modulators zugeführt wird und der der zweiten Schalteinrichtung ein Schaltsignal zuführt.
7. Netzgerät: nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung in Reihe geschaltet sind, daß die erste Schalteinrichtung in Reihe zu der ersten Wicklung und daß die zweite Schalteinrichtung parallel zu der zweiten Wicklung geschaltet ist.
8. Netzgerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Oszillator, der dem Modulator ein zu modulierendes Signal zuführt, ein Flip-Flop, dem das Ausgangssignal des Oszillators und das Ausgangssignal der Lastdetektoreinrichtung
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zugeführt wird, und eine Einrichtung, um der zweiten Schalteinrichtung ein Ausgangssignal des Flip-Flops zuzuführen.
9. Netzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung parallelgescha]tet sind, daß die erste und zweite Wicklung zu der ersten Schalteinrichtung bzw. der zweiten Schalteinrichtung in Reihe geschaltet sind, daß die zweite Schalteinrichtuna aus einem Transistor gebildet ist, und daß die Lastdetektoreinrichtung zwischen die erste Schalteinrichtuna und die erste Wicklung geschaltet ist.
10. Netzgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastdetektoreinrichtung einen ersten Widerstand in Reihe zu der ersten Wicklung und einen zweiten Widerstand parallel zu dem ersten Widerstand aufweist, wobei der zweite Widerstand mit der Basis des Transistors verbunden ist.
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DE19772702277 1976-01-23 1977-01-20 Netzgeraet Granted DE2702277A1 (de)

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