DE2915450A1

DE2915450A1 - Spannungswandler

Info

Publication number: DE2915450A1
Application number: DE19792915450
Authority: DE
Inventors: Yasuharu Baba; Hiroshi Nakazawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1979-10-25
Also published as: US4240134A; AU4614079A; JPS54137621A; FR2423814B1; GB2019132B; FR2423814A1; GB2019132A; JPS602873B2; AU530034B2; NL7902988A; DE2915450C2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Spannungswandler und insbesondere auf einen solchen, der für große Laständerung geeignet ist.

Es wurde bereits ein Spannungswandler vorgeschlagen, der eine stabile Gleichspannung ohne Verringerung des Wirkungsgrades unabhängig von einer großen Laständerung
liefern kann. Ein derartiger Spannungswandler wurde in
der US-Patentanmeldung 962 654 vorgeschlagen und wird
nun zuerst anhand der Fig. 1 erläutert.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Netzstecker, dem eine
handelsübliche:· Wechselspannung zugeführt wird. Die dem Netzstecker 1 zugeführte Wechselspannung wird über einen Schalter 2 einem Gleichrichter 3 zugeführt, von dem sie zu einer Gleichspannung gleichgerichtet und geglättet
wird. Die so erzeugte Gleichspannung wird über die
Primärwicklung 4a eines Transformators und eine Diode 5 zur Sperrung eines Gegenstroms auf einen NPN-Transistor 6 gegeben, der ein erstes Schaltelement bildet, und die am Mittelabgriff der Primärwicklung 4a auftretende Gleichspannung wird einem NPN-Transistor 7 zugeführt, der ein zweites Schaltelement bildet. Es wird dabei angenommen, daß die Induktivität des Wicklungsteils zwischen dem
einen Ende und dem Mittelabgriff der Primärwicklung L1
und die Induktivität zwischen dem Mittelabgriff und dem anderen Teil der Primärwicklung 4a L2 ist.

über der Primärwicklung 4b des Transformators 4 wird eine Wechselspannung infolge des Sehaltvorganges des Transistors 6 oder 7 erzeugt. Diese Wechselspannung, die von
der Sekundärwicklung 4b abgegeben wird, wird einem Gleichrichter 8 zugeführt und dann zu einer Gleichspannung
gleichgerichtet und geglättet. Diese Gleichspannung wird an einen Ausgang 9 abgegeben. Die Gleichspannung am Ausgang 9 wird einem Gleichspannungsdetektor 10 zugeführt,

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der die Größe der angelegten Spannung ermittelt. Das ermittelte Ausgangssignal wird über einen isolierenden Koppler 11 wie einen Fotokoppler oder dergleichen auf einen Impulsbreitenmodulator 12 gegeben, der ein Schaltsignal als Modulationseingangssignal erzeugt. Dem Impulsbreitenmodulator 12 wird auch ein Taktimpuls von einem Taktimpulsoszillator 13 als Träger zugeführt. Die Impulsbreite des Schaltsignals, das das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 12 ist, wird in Abhängigkeit von der Gleichspannung geändert, die am Ausgang 9 erhalten wird, um diese Gleichspannung auf einem gewünschten konstanten Wert zu stabilisieren.

Bei dem bekannten Spannungswandler in Fig. 1 ist ein Widerstand 14 mit geringem Widerstandswert, der als Stromdetektor dient, zwischen die Sekundärwicklung 4b des Transformators 4 und Masse geschaltet. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 14 wird einem Stromdetektor 15 zugeführt. Dieser Stromdetektor 15 ist derart gebildet, daß seine Ausgangsseite einen niedrigen Pegel "O" hat, wenn der Spannungsabfall über dem Widerstand 14, d.h. der Ausgangsstrom am Ausgang 9 niedriger als ein Schwellwert ITS ist, während sein Ausgang einen hohen Pegel "1" hat, wenn der Ausgangsstrom über dem vorbestimmten Wert ITH liegt. Das ermittelte Ausgangssignal des Stromdetektors 15 wird über einen isolierenden Koppler 16 wie einen Fotokoppler oder dergleichen einem Steuerkreis wie einem D-Flip-Flop 17 an dessen D-Eingang zugeführt, dem auch an seinem Triggereingang T der Taktimpuls des Taktimpulsoszillators 13 zugeführt wird. Das an dem Ausgang Q des D-Flip-Flops 17 erscheinende Ausgangssignal wird als Steuersignal dem einen Eingang des UND-Glieds 18 zugeführt, dem an seinem anderen Eingang das Schaltsignals des Impulsbreitenmodulators 12 zugeführt wird. Das vom UND-Glied 18 abgegebene Schaltsignal wird der Basis des Transistors 6 zugeführt. Das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 wird als Steuersignal dem einen Eingang eines UND-

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Glieds 19 zugeführt, dem am anderen Eingang das Schaltsignal des Impulsbreitenmodulators 12 zugeführt wird. Das Schaltsignal, das von dem UND-Glied 19 abgegeben wird, wird der Basis eines Transistors 7 zugeführt.

Wenn bei dem bekannten Spannungsregler eine an den Ausgang 9 angeschlossene Last klein ist, nimmt der Ausgangsstrom am Ausgang 9 ab. Wenn jedoch der Ausgangsstrom unter dem Schwellwert I TH des Stromdetektors 15 liegt, wird dessen Ausgangssignal "0". Das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 wird daher synchron mit dem Taktimpuls des Taktimpulsoszillators 13 "0" und damit wird der Transistor 7 gesperrt.

Da jedoch zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 "1" wird, durchläuft das Schaltsignal des Impulsbreitenmodulators 12 das UND-Glied 18 und wird der Basis des Transistors 6 zugeführt. Der Transistor 6 schaltet somit die Eingangsgleichspannung und damit wird die Ausgangsgleichspannung Vo am Ausgang erzeugt. Da die Eingangsgleichspannung Vi des Gleichrichters 3 auf die gesamte Primärwicklung 4a des Transformators 4 bzw. die Reihenschaltung der Induktivitäten L1 und L2 gegeben wird, wenn angenommen wird, daß das Tastverhältnis des Schaltsignals D, seine Periode Tp und die Größe der Last RL ist, kann die Ausgangsgleichspannung Vo wie folgt ausgedrückt werden:

/ RL . T
Vo = Vi · D '

\f 2(L1+L2)

Die maximale Ausgangsleistung Po kann wie folgt ausgedrückt werden:

„2 Vi².D².T

Pn - ^Vo - P

^° ~ RL 2(L19L2) ...

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Wenn daher die Induktivitäfcswerfce L1 und L2 zuvor gewählt werden, kann die Ausgangsspannung Vo, die unabhängig von Laständerungen ausreichend stabil ist, selbst bei einer kleinen Last erhalten werden.

Wenn die an den Ausgang 9 angeschlossene Last groß ist, nimmt der Ausgangsstrom am Ausgang 9 zu. Wenn der Ausgangsstrom den Schweilwert I TH des Gleichspannungsdetektors 15 überschreitet, wird dessen Ausgangssignal "1". Damit wird das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 synchron mit dem Taktimpuls des Taktimpulsoszillators 13 ¹¹O", so daß das Ausgangssignal des UND-Glieds 18 "0" wird und damit der Transistor 6 gesperrt wird. Da zu diesem Seitpunkt jedoch das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 "1" wird, wird das Schaltsignal des Impulsbreitenmodulators 12 über das UND-Glied 19 der Basis des Transistors 7 zugeführt, um diesen zu öffnen. Dabei wird der Wicklungsteil der Primärwicklung 4a des Transformators 4 von seinem einen Ende zu seinem Mittelabgriff, dessen Induktivitätswert L1 ist, benutzt. Die maximale Ausgangsleistung Po kann zu diesem Zeitpunkt somit wie folgt ausgedrückt werden:

2 2

Vi .D-T

Po = ^E

Da dabei der Tnduktivitätswert im Vergleich zu dem bei geringer Last klein ist, wird die maximale Ausgangsleistung Po, die am Ausgang 9 erhalten werden kann, groß, wie sich aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt. Selbst wenn daher das große Ausgangssignal abgegeben wird, ist die Gleichspannung am Ausgang 9 stabil, bzw. selbst wenn die Lr~t groß ist, kann eine ausreichend stabile Gleichspannung bei Laständerungen erhalten werden. Da die Laständerung durch Änderung des Induktivitätswertes auf L1 + L2 oder L1 verarbeitet wird, wird der Wirkungsgrad verringert. Der Transistor 6 oder 7 wird dabei durch das Schaltsignal

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geschaltet, das am Ausgang des Impulsbreitenmodulators erhalten wird, so daß eine gewünschte konstante Gleichspannung am Ausgang 9 erhalten werden kann.

Da jedoch bei dem bekannten Spannungswandler der Strom an der Sekundärseite des Transformators 4 ermittelt wird, um die Laständerung zu erfassen, ist der Koppler 16 wie ein Fotokoppler oder dergleichen notwendig, um die Primärseite des Transformators 4 von dessen Sekundärseite zu isolieren, und es ist auch der Widerstand 14 und der Stromdetektor 15 zur Ermittlung des Stroms notwendig. Der bekannte Schaltregler ist daher kompliziert im Aufbau und daher teuer»

Wenn bei dem bekannten Spannungswandler der Fig. 1 die Impulsbreite des Schaltsignals, das auf den Transistor gegeben wird, 50 % beträgt, wenn vom Transistor 6 auf umgeschaltet wird, wird der Transistor 7 mit dieser Impulsbreite betrieben. Die Ausgangsspannung schwingt daher etwas über und es wird von dem Transistor 7 auf 6 umgeschaltet, um die Impulsbreite schnell zu verringern. Dabei wird jedoch wiederum die Ausgangsspannung zu niedrig und damit wird die Impulsbreite groß» Somit wird wieder auf den Transistor 7 umgeschaltet bzw. es ergibt sich eine Art Schwingung. Das Schalten der Schaltelemente kann daher nicht gleichmäßig bzw. stoßfrei durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen Spannungswandler zu schaffen dessen Schaltelemente gleichmäßig bzw. stoßfrei geschaltet werden können und bei dem die Neigung der Ausgangsspannung eines Sägezahngenerators in Verbindung mit der Änderung der Schaltelemente gesteuert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Spannungswandler entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die

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im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den unteranSprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild eines Beispiels eines bekannten Spannungswandlers,

Figur 2 ein Schaltbild des Spannungswandlers gemäß der Erfindung,

Figur 3A bis 3G den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Spannungswandlers in Fig. 2,

Figur 4 ein Schaltbild eines Beispiels des Impulsbreitenmodulators des Spannungswandlers in Fig. 2, und

Figur 5A bis 5D den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Impulsbreitenmodulators in Fig. 4.

Anhand der Fig. 2 bis 5 wird nun ein Beispiel des Spannungswandlers der Erfindung beschrieben, wobei die Elemente entsprechend Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind und nicht mehr im einzelnen beschrieben werden.

In Fig. 2 bezeichnen 20a und 20b einen ersten und zweiten Bezugsimpulsgenerator. Der erste Bezugsimpuls des ersten Bezugsimpulsoszillators 20a in Fig. 3B ist so gewählt, daß seine Impulsbreite a etwas breiter als die Größe ist, wenn die Last klein wird, und die Impulsbreite des Schaltimpulses des Impulsbreitenmodulators 12A wird minimal, wenn der Transistor 7 verwendet wird. Der Bezugsimpuls des zweiten Bezugsimpulsoszillators 2Oa

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ist so gewählt, daß,, wie Fig- 3C zeigte seine Impulsbreite b die folgende Bedingung erfüllt:

wobei Da das Tastverhältnis des ersten Bezugsimpulses und Db das des zweiten darstellt.

Dabei ist der erste und zweite Bezugsinipuls synchron mit dem in Fig. 3A gezeigten Taktimpuls des Taktimpulsoszillators 13.

Der erste Bezugsimpuls des ersten Bezugsimpulsoszillators 20a wird einem der Eingänge eines NAND-Glieds 21 zugeführt, dessen anderem Eingang das Signal "0" oder "1" zugeführt wird, das an dem Ausgang Q des Flip-Flops erscheint. Der zweite Bezugsimpuls des zweiten Bezugsimpulsoszillators 20b wird dem einen Eingang eines NAND-Glieds 20 zugeführt, dessen anderem Eingang das Signal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 über einen Inverter 23 zugeführt wird. Die Ausgangssignale der NAND-* Glieder 21 und 22 werden den Eingängen eines NAND-Glieds 24 zugeführt. Die NAND-Glieder 21, 22, 24 und der Inverter 23 bilden einen Bezugsimpulswählkreis. Wenn das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 "1" ist, wird der erste Bezugsimpuls am Ausgang des NAND-Glieds 24 erhalten, während, wenn das Ausgangssignal am Ausgang Q "0" ist, der zweite Bezugsimpuls am Ausgang des NAND-Glieds 24 erhalten wird« Der erste und zweite Bezugsimpuls, der am Ausgang des NAND-Glieds 24 erhalten wird, wird auf den einen Eingang eines Komparators 25 gegeben. Das Schaltsignal des Impulsbreitenmodulators 12A wird auf den einen Eingang eines Exkiusiv-ODER-Glieds gegeben, das am anderen Eingang das Signal "1" oder "0" erhält, das am Ausgang Q des Flip-Flops 17 erhalten wird, und das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 26 wird dem anderen Eingang des !Comparators 25 zugeführt. Der

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Komparator 25 erzeugt ein Ausgangssignal "1", wenn das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 26 auf dem hohen Pegel "1" beim Abfall des Bezugsimpulses ist. Das Ausgangssignal des !Comparators 25 wird dem Eingang D des Flip-Flops 17 zugeführt. Wie später beschrieben wird, ist der Impulsbreitenmodulator 12A so ausgebildet, daß er die Steigung des Sägezahnsignals, das zur Erzeugung des Schaltsignals verwendet wird, in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Flip-Flops 17 gleichzeitig ändert, wenn zwischen den Transistoren 6 und 7 umgeschaltet wird. Der übrige Schaltungsaufbau des Spannungswandlers der Erfindung ist im wesentlichen gleich dem des bekannten Spannungswandlers der Fig. 1.

Wenn bei dem in dieser Weise aufgebauten Spannungswandler angenommen wird, daß, wie Fig. 3D zeigt, die Impulsbreite des Schaltsignals des Impulsbreitenmodulators 12A größer als die Breite a des ersten Bezugsimpulses, jedoch kleiner als die Breite b des zweiten Bezugsimpulses ist, wird das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 "1". Das Schaltsignal wird somit über das UND-Glied 19 der Basis des Transistors 7 zugeführt, um ihn in Übereinstimmung mit der Ausgangsgleichspannung, die am Ausgang 9 erzeugt wird, zu schalten und die Ausgangsgleichspannung konstant zu machen. Dabei wird der erste Bezugsimpuls an den Ausgang des NAND-Glieds 24 abgegeben. Wenn die mit dem Ausgang 9 verbundene Last gegenüber dem obigen Zustand klein wird und die Impulsbreite des Schaltsignals des Impulsbreitenmodulators 12A kleiner als die Breite a des ersten Bezugsimpulses wird, wie Fig. 3E zeigt, wird das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 26 beim Abfall des ersten Bezugsimpulses ¹¹O", wie Fig. 3F zeigt. Das Flip-Flop 17 wird daher synchron mit dem Taktimpuls umgeschaltet und das Ausgangssignal seines Ausganges Q bzw. Q wird "0" bzw. "1". Es wird daher der zweite Bezugsimpuls an den Ausgang des NAND-Glieds 24 abgegeben. Das Schaltsignal des Impuls-

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breitenmodulators 12A wird daher über das UND-Glied 18 der Basis des Transistors 6 zugeführt, um diesen zu schalten. Die Impulsbreite des Sehaltsignals des Impulsbreitenmodulators 12A wird daher entsprechend der Ausgangsgleichspannung moduliert/ die am Ausgang 9 erhalten wird, so daß die Ausgangsgleichspannung, die am Ausgang 9 erscheint, konstant gemacht werden kann.

Wenn die Last am Ausgang 9 groß wird, wird die Ausgangsgleichspannung sehr klein. Die Impulsbreite des Ausgangsimpulses des Impulsbreitenmodulators 12A wird daher groß. Wenn die Impulsbreite des Schaltsignals größer als die Breite b des zweiten Bezugsimpulses beim Abfall des zweiten Bezugsimpulses wird, wie Fig. 3G zeigt, wird das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds "1" (da dabei das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 "O" ist, wird das Schaltsignal so wie es ist an den Ausgang des Exklusiv-ODER-Glieds 26 abgegeben. Das Ausgangssignal des Komparators 25 wird daher "1" und das Flip-Flop 17 wird synchron mit dem Taktimpuls umgeschaltet. Das Schaltsignal mit der obigen Impulsbreite wird daher der Basis des Transistors 7 über das UND-Glied 19 zugeführt. Wenn dies geschieht, ist jedoch der Transistor 7 gesättigt und die Ausgangsgleichspannung schwingt etwas über und verursacht eine Schwingung. Um diesen Nachteil zu vermeiden wird die Steigung des Sägezahnsignals, das zur Erzeugung des Schaltsignals verwendet wird, im Impulsbreitenmodulator 12A in Abhängigkeit vom Ausgangssignal z.B. des Ausganges Q des Flip-Flops 17 beim Umschalten vom Transistor 6 auf 7 geändert, um die große Impulsbreite des Schaltsignals in Fig. 3E auf solch einen Wert zu ändern, bei dem der Transistor 7 mit einem bestimmten Arbeitsbereich arbeitet, z.B. der Impulsbreite zwischen der des ersten und zweiten Bezugsimpulses. Das so korrigierte Schaltsignal wird über ein UND-Glied 19 der Basis des Transistors 7 zugeführt, so daß der Transistor 7 normalerweise ohne Sättigung arbeitet und die Umschaltung zwischen

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den Transistoren 6 und 7 gleichmäßig durchgeführt werden kann.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Impulsbreitenmodulators 12A, der bei dem Beispiel in Fig. 2 verwendet ist. Ein Eingang des Impulsbreitenmodulators 12A in Fig. 4 ist mit einem Anschluß 27 verbunden, der das ermittelte Ausgangssignal über den Koppler 11 (Fig. 2) erhält. Der Impulsbreitenmodulator 12A enthält einen Fehlerspannungsverstärker 29, dessen einer Eingang mit dem Anschluß 27 und dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle 2 8 verbunden ist, sowie einen Amplitudenkomparator 31, dessen einem Eingang das Ausgangssignal des Fehlerspannungsverstärkers 29 und dessen anderem Eingang ein Sägezahnsignal zugeführt wird, um beide Signale zu vergleichen und ein bestimmtes Sägezahnsignal über einen Anschluß 30 den UND-Gliedern 18 und 19 und dem Exklusiv-ODER-Glied 26 (Fig. 2) zuzuführen, einen Triggersignaloszillator 33, der aus einem Ringzähler oder dergleichen gebildet ist und dem der Taktimpuls des Taktimpulsoszillators 13 (Fig. 2) über einen Anschluß 32 zugeführt wird und der ein Triggersignal bei jeder vorbestimmten Periode erzeugt, und schließlich einen Sägezahnsignalgenerator 34, der das Sägezahnsignal synchron mit dem Triggersignal des Triggersignaloszillators 33 erzeugt. Als Fehlerspannungsverstärker, Amplitudenkomparator 31 und Triggersignaloszillator 33 sind bekannte Elemente verwendet. Der Sägezahngenerator 34 hat einen Transistor 35 und einen Kondensator 37. Der Transistor 35 wird in Abhängigkeit von dem Triggersignal des Triggersignaloszillators 33 ein- und ausgeschaltet, und der Kondensator 37, dem ein Strom eines Stromquellenanschlusses 36 zugeführt wird, wird in bekannter Weise über den Transistor 35 ge~ und entladen. Bei dem Beispiel der Fig. 4 sind zwischen dem Stromquellenanschluß 36 und der einen Elektrode des Kondensators 37 Stromquellen 38 und 39, die umschaltbar sind, und ein Schalter 41 vorhanden, der die Stromquellen 38 und 39 in Abhängigkeit von dem Signal an einem Anschluß 40 schaltet, der z.B. mit dem Ausgang Q

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des Flip-Flops 17 (Fig. 2) verbunden ist.

Die Arbeitsweise des Impulsbreitenmodulators 12A in Fig. wird nun anhand der Fig. 5A bis 5D erläutert.

Das ermittelte Ausgangssignal am Ausgang 9 (Fig. 2), das über den Anschluß 27 zugeführt wird, wird mit der Bezugsspannung der Bezugsspannungsquelle 28 vom Fehlerspannungsverstärker 29 verglichen, und das Differenzsignal dazwischen wird vom Verstärker 29 dem Eingang des Komparators 31 als Bezugspegel L zugeführt/ wie Fig. 5B zeigt. Es wird angenommen/ daß z.B. das Ausgangssignal des Ausganges Q des Flip-Flops 17 auf dem Pegel "1" ist, und der Schalter 41 z.B. auf die Stromquelle 38 großer Stromkapazität" in Abhängigkeit von dem Signal am Ausgang Q geschaltet ist, das über den Anschluß 40 zugeführt wird. Unter dieser Annahme wird der Kondensator 37 von der Stromquelle 38 geladen und dann über; den Transistor 35 entladen, der in Abhängigkeit von dem Triggersignal des Triggersignaloszillators 33 in Fig. 5A eingeschaltet wird. Wenn der Kondensator 37 in Abhängigkeit von dem Triggersignal wiederholt ge- und entladen wird, erzeugt der Sägezahngenerator 34 ein Sägezahnsignal, das in Fig. 5B in durchgehenden Linien gezeigt ist und das auf den anderen Eingang cies Amplitudenkomparators 31 gegeben wird. Der Komparator 31 erzeugt ein Schaltsignal, das z.B. 50 % der Impulsbreite in Fig. 5C hat, aus dem Sägezahnsignal und dem Bezugspegel L. Dieses Schaltsignal wird über einen Anschluß 30 und das UND-Glied 18 der Basis des Transistors 6 (Fig. 2) zugeführt.

Wenn das obige Schaltsignal mit 50 % Impulsbreite auf den Transistor 7 bei Umschaltung vom Transistor 6 auf 7 gegeben wird, wird der Transistor 7 mit dem Schaltsignal der obigen Impulsbreite geschaltet. Die Ausgangsgleichspannung erhält daher eine geringe überschwingung. Um dies zu vermeiden, wird, da der Pegel am Ausgang Q des Flip-Flops

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von "1" auf "O" umgeschaltet wird, wenn vom Transistor 6 auf 7 umgeschaltet wird, der Schalter 41 in Abhängigkeit von dieser Pegeländerung ebenfalls von der Stromquelle 38 auf die Stromquelle 39 geringer Stromkapazität umgeschaltet, um ein Sägezahnsignal geringer Steigung zu erzeugen. Das Sägezahnsignal des Generators 34 erzeugt daher das in unterbrochenen Linien in Fig. 5B gezeigte Sägezahnsignal, das dem Amplitudenkomparator 31 zugeführt wird. Der Komparator 31 erzeugt ein Schaltsignal mit geringer Impulsbreite, wie Fig. 5D zeigt. Der Transistor 7 wird von diesem Schaltsignal in Fig. 5D so betrieben, daß die Ausgangsgleichspannung nicht überschwingt und auch der SchwingungsVorgang beseitigtwärd,beidem die Impulsbreite des Schaltsignals rasch verringert und vom Transistor 7 auf 6 umgeschaltet wird.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird bei dem Spannungswandler der Erfindung, wenn die an den Ausgang 9 angeschlossene Last klein ist, der Transistor 6 geschaltet und die gesamte Primärwicklung 4a (L1 + L2) des Transistors 4 verwendet, während, wenn die Last am Ausgang 9 groß ist, der Teil der Primärwicklung 4a vom einen Ende bis zum Mittelabgriff (L1) verwendet wird. Die Ausgangsgleichspannung ist daher unabhängig von der Laständerung ausreichend stabil.

Es ist dabei nicht notwendig, den Stromdetektorkreis auf der Sekundärseite des Transformators 4 vorzusehen, so daß der Schaltungsaufbau einfach und billig wird.

Da ähnlich dem Schaltvorgang der Schaltelemente die Steigung des Sägezahnsignals, das zur Erzeugung des Schaltsignals verwendet wird, geändert wird, um die Impulsbreite des Schaltsignals zu ändern, daß das Schaltsignal bei einer großen Impulsbreite geändert wird, die Ausgangsgleichspannung überschwingt und der SchwingungsVorgang erzeugt wird. Die Schaltelemente

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können daher gleichmäßig geschaltet werden.

Bei dem erläuterten Beispiel sind zwei Schaltelemente verwendet, es können jedoch auch mehr als zwei Schaltelemente bei gleicher Wirkung verwendet werden.

Außerdem wird bei dem erläuterten Beispiel der Schalter 41 im Sägezahnsignalgenerator 34 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 geschaltet, jedoch kann er auch in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 17 mit gleicher Wirkung geschaltet werden.

Weiterhin wird bei dem erläuterten Beispiel die Steigung des Sägezahnsignals durch Umschaltung zwischen den verschiedenen Stromquellen 38 und 39 geändert, kann jedoch auch durch Umschaltung mehrerer Kondensatoren unterschiedlicher Kapazitäten anstelle des einzigen Kondensators bei gleicher Wirkung geändert werden.

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Claims

SONY CORPORATION TOKYO / JAPAN It 4452 S pannungswandler A η s ρ r:ü ehe

1.1 Spannungswandler, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle mit einem ersten und zweiten Gleichspannungsausgang, einem Schalttransformator mit einem Magnetkern, einer ersten und zweiten Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, einem ersten Schalttransistor, der zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungsausgang zur Primärwicklung in Reihe geschaltet ist, einem zweiten Schalttransistor, der in Reihe zu der ersten und zweiten Primärwicklung zwischen den ersten und zweiten Gleichspannungs ausgang, geschaltet ist, einem Gleichrichter, der parallel zur Sekundärwicklung geschaltet ist, einer an den Gleichrichter angeschlossenen Last, einem Taktimpulsgenerator, einem Impulsbreitenmodulator, dem das Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators und des Gleichrichters zugeführt wird, um ein in der Impulsbreite moduliertes Steuersignal zu erzeugen, dessen Tastverhältnis der Spannung des Gleichrichters proportional ist, und einer Schalteinrichtung zur wahlweisen Zufuhr des Steuersignals zu dem ersten und zweiten Schalt-

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transistor in Abhängigkeit vom Zustand der Last, gekennzeichnet durch einen Steuerkreis zur Verkleinerung des Tastverhältnisses des Steuersignals, wenn die Schalteinrichtung betätigt wird, um das Steuersignal vom einen der Schalttransistoren auf den anderen umzuschalten, um eine übermäßige Aussteuerung des anderen Schalttransistors zu vermeiden.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsbreitenmodulator einen Amplitudenkomparator mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, von dem das Steuersignal abgegeben wird, einen Koppelkreis zur Übertragung eines Teils des Ausgangssignals des Gleichrichters zu dem ersten Eingang des Amplitudenkomparators, einen Sägezahngenerator und einen Koppelkreis zur Übertragung des Ausgangssignals des Sägezahngenerators zum zweiten Eingang des Amplitudenkomparators, und dadurch, daß der Steuerkreis die Steigung des Ausgangssignals des Sägezahngenerators in Abhängigkeit vom Schaltvorgang der Schalteinrichtung steuert.

3. Spannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator einen Kondensator aufweist, der zwischen den zweiten Eingang des Amplitudenkomparators und einen Bezugspunkt geschaltet ist, weiterhin einen Schalttransistor, dessen Kollektor und Emitter über den Kondensator geschaltet sind und dessen Basis das Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators zugeführt wird, um diesen ein- und auszuschalten, eine erste und zweite Stromquelle mit unterschiedlicher Stromgröße und eine weitere Schalteinrichtung, die wahlweise das Ausgangssignal der ersten und zweiten Stromquelle dem Kondensator zuführen, um die Steigung des Ausgangssignals des Sägezahngenerators in Zusammenwirkung mit dieser Schalteinrichtung zu ändern.

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4. Spannungswandler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Triggersignaloszillator, dessen Eingang mit dem Taktimpulsoszillator und dessen Ausgang mit der Basis der weiteren Schalteinrichtung verbunden ist/ um diese ein- und auszuschalten.

5. Spannungswandler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Fehlerspannungsverstärker mit zwei Eingängen, die mit dem Ausgang des Gleichrichters und der Bezugsgleichspannungsquelle verbunden sind, und mit einem Ausgang, der mit dem ersten Eingang des Amplitudenkomparators verbunden ist.

6. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteinrichtung einen Bezugssignalgenerator zur Erzeugung wenigstens eines Bezugsimpulssignals mit einer Standardimpulsbreite, einen Komparator zum Vergleich der Impulsbreite des Steuersignals mit der des Bezugsimpulssignals und zur Erzeugung eines Schaltsignals, das den Zustand der Last in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis angibt, und eine Torschaltung aufweist, der das Steuersignal vom Impulsbreitenmodulator und das Schaltsignal vom Komparator zugeführt werden, um das Steuersignal einem der beiden Schalttransistoren in Abhängigkeit von dem Schaltsignal zuzuführen.

7. Spannungswandler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung zur Speicherung des Schaltsignals des Komparators, um das Schaltsignal einem der beiden Schalttransistoren während des gleichen Zustandes der Last zuzuführen.

8. Spannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung aus einem D-Flip-Flop besteht.

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9. Spannungswandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das D-Flip-Flop einen T-Anschluß hat, der mit dem Ausgang des Taktimpulsoszillators verbunden ist, einen D-Anschluß, der mit dem Ausgang des !Comparators verbunden ist, und zwei Q-Q-Ausgänge, die mit der Torschaltung verbunden sind.

10. Spannungswandler nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine mit der weiteren Schalteinrichtung und dem Q-Ausgang des D-Flip-Flops verbundenen Kreis, um eine Zusammenwirkung der beiden Schalteinrichtungen zu veranlassen.

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