DE3009506A1

DE3009506A1 - Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE3009506A1
Application number: DE19803009506
Authority: DE
Inventors: Hiroo Adachi
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1979-03-13
Filing date: 1980-03-12
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS55133088U; US4334263A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler und ins-
besondere einen getrennt erregten Gleichspannungswandler.
Ein getrennt erregter Gleichspannungswandler ist ein Gerät zum Wandeln einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, deren Größe von der Eingangsgleichspannung verschieden ist, in Abhängigkeit von einem Treiberimpulssignal mit einer vorbestimmten Wiederholfrequenz.
Verschiedene Arten von getrennt erregten Gleichspannungswandlern sind bekannt und bei einem bekannten Wandler ist eine Schaltung zum periodischen Unterbrechen der Eingangsgleichspannung in Abhängigkeit von Treiberimpulssignal vorgesehen. Die unterbrpchene Gleichspannung wird einem Transformator zugeführt, der die Spannung vergrößert oder verringert. Die so gewandelte Spannung wird erforderlichenfalls noch einmal transformiert und dann über einen Gleichrichter, vorzugsweise einen Vollwel lengleichrichter, gle ichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird durch eine Glättungsschaltung geglättet und ergibt die Aus gangs gleichspannung.
Derartige Gleichspannungswandler ergeben den Vorteil, daß die Wiederholfrequenz der Unterbrechung durch Einstellung der Wiederholfrequenz des Treiberimpulssignals relativ frei änderbar ist. Dabei entsteht jedoch das Problem, daß ein unerwunscht großer Primärstrom in den Transformator auch dann fließt, wenn nur eine kleine oder nur eine geringe Last vorhanden ist und dadurch wird ein elektrischer Leistungsverlust hervorgerufen.
Es ist deshalb ein grundlegendes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten, getrennt erregten Gleichspannungswandler zu schaffen, bei dem dieses Problem nicht auftritt, d.h.,der einen geringeren Leistungsverlust bei nicht vorhandener oder geringer Last besitzt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen getrennt erregten Gleichspannungswandler zu schaffen, der bei Laständerungen stabil arbeitet.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen getrennt erregten Gleichspannungswandler zu schaffen, der auch bei großen Änderungen der Umgebungstemperatur stabil arbeitet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers, und Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers.
Fig. 1 zeigt einen getrennt erregten Gleichspannungswandler nach der vorliegenden Erfindung, der aus einem Schaltkreis 10 aufgebaut ist, der zweiTransistoren Q1 und Q2 enthält, deren Emitter miteinander verbunden und hier geerdet sind. Die Basisanschlüsse der Transistoren Q1 und Q2 sind mit Eingangsklemmen 12 und 14 verbunden, an die Treiber- oder Steuerimpulssignale, vorzugsweise Rechteckimpulssignale,angelegt werden, die zueinander invertierte Phasen besitzen und jeweils eine vorbestimmte Wiederholfrequenz aufweisen. Diese Treiber-oder Steuerimpulse werden von einem (nicht gezeigten) Impulsgenerator geliefert. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 sind mit den jeweiligen Enden einer Primärspule eines Transformators T1 verbunden. Der Mittelabgriff der Primärspule des Transformators T1 ist über einen Kondensator C3 mit den Emittern der Transistoren Q1 und Q2 verbunden. An den Mittelabgriff des Transformators T1 wird über eine Leitung A eine Gleichspannung von einer Gleichspannungsquelle +B über einen Widerstand R1 angelegt, der Widerstand R1 bildet einen Teil einer Rückkoppelschaltung (Regelschaltung) 16. Der Kondensator C3 glättet etwa in der ersten Gleichspannung vorhandene Welligkeiten. Die Enden der Sekundärspule des Transförmators T1 sind jeweils mit Basisanschlüssen von Transistoren Q3 und Q4 verbunden, die einen zusätzlichen Schaltkreis 18 bilden.
Die Emitter der Transistoren Q3 und Q4 sind miteinander verbunden und in diesem gezeigten Falle geerdet. Die Kollektoren der Transistoren Q3 und Q4 sind jeweils mit den Enden oder Endklemmen der Primärspule eines zusätzlichen Transformators T2 verbunden. Ein Mittelabgriff dieser Primärspule des Transformators T2 ist über einen Kondensator C4 mit den Emittern der Transistoren n3 und Q4 verbunden, und es liegt auch direkt die erste Gleichspannung von der Spannungsquelle +B an. Die Schaltkreise 10 und 18 sowie die Transförmatoren T1 und T2 bilden eine Wandlerschaltung, die die erste Gleichspannung in ein Wechselspannungssignal mit einer der Wiederholfrequenz des an den Eingangsklemmen 12 und 14 anliegenden Treiberimpulswandelt signals entsprechenden Frequenz. r Schaltkreis 18 und der Transformator T2 können erforderlichenfalls weggelassen werden oder es können andererseits weitere zusätzliche Schaltkreise und Transformatoren als Folgestufen nach dem Schaltkreis 18 und dem Transformator T2 vorgesehen werden.
Die Ausgangsklemmen der Sekundärspule des Transformators T2, die gleichzeitig die Ausgangsklemmen der Wandlerschaltung darstellen, sind jeweils mit Eingangsklemmen einer Gleichrichterschaltung 20 verbunden, welche Dioden D1, D2, D3 und D4 in einer Vollweg-Gleichrichterschaltung enthält. Die Ausgangsklemmen dieser Gleichrichterschaltung 20 sind jeweils mit Eingangs klemmen einer Glättungsschaltung 22 verbunden, die veränderbare Widerstände VR1 und VR2 sowie parallel zu diesen Widerständen geschaltete Kondensatoren Ci bzw. C2 enthält. An den Ausgangsklemmen dieser Glättungsschaltung entstehen sekundäre Gleichspannungen -Vcc bzw. + Vcc.
An eine der beiden Ausgangsklemmen der Glättungsschaltung 22 ist eine Klemme eines Spannungsteilers angeschlossen, der durch die Reihenschaltung der Widerstände R2 und R3 gebildet ist. Die Verbindungsstelle der beiden Widerstände R2 und R3 ist mit J bezeichnet. Die andere Klemme des Spannungsteilers ist geerdet. Die Verbindungsstelle J ist über eine Diode D5 mit dem Basisanschluß eines Transistors Q5 verbunden, dessen Kollektor und Emitter an den beiden Enden des Widerstandes R1 verbunden sind. Der Widerstand R1 und der Transistor Q5 bilden zusammen einen veränderbaren Widerstand. Die Diode D5 verhindert das Auftreten einer Rückspannung zwischen der Verbindungsstelle J und dem Emitter des Transistors Q5, die zur Zerstörmgdieses Transistors führen könnte. Der Transistor Q5 kann auch durch ein anderes elektronisches Bauelement ersetzt werden, das eine variable oder steuerbare Leitfähigkeit besitzt. Die Werte der Widerstände R2 und R3 sind so ausgewählt, daß der Transistor Q5 gesperrt wird, wenn die Spannung +Vcc einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Regel-oder Rückkopplungsschaltung 16 wird durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R2 und R3 und einer veränderbaren Widerstandsschaltung aus dem Transistor Q5, der Diode D5 und dem Widerstand R1 gebildet.
Wenn im Betrieb Treiberimpulse mit gegeneinander invertierten Phasen jeweils an die Eingangsklemmen 12 bzw. 14 angelegt werden, werden die Transistoren Q1 und Q2 alternierend leitend, so daß die Gleichspannung an der Leitung A periodisch unterbrochen wird, so daß an den beiden Endklemmen der Sekundärspule des Transformators R1 eine Wechselspannung erscheint. Diese erscheinende Wechselspannung am Ausgang des Transformators T1 bewirkt wiederum, daß der Schaltkreis 18 die Gleichspannung der Leistungsquelle +B unterbricht, so daß an den Endklemmen der Sekundärspule des Transformators T2 eine Wechselspannung auftritt. Diese Wechselspannung wird durch die Gleichrichterschaltung 20 gleichgerichtet und durch die Glättungsschaltung 22 geglättet. Die Ausgangsspannungen +Vcc und -Vcc der Glättungsschaltung 22 werden als Konstant-Gleichspannungen verschiedenen (nicht gezeigten) Schaltungsanordnungen zugeführt.
Wenn im Betrieb die Lastgröße sich verändert, steigt die Spannung an der Verbindungsstelle J an oder fällt ab und dadurch wird der Widerstandswert des durch den Widerstand R1 und den Transistor Q5 gebildeten veränderbaren Widerstands größer oder kleiner, und damit wird die ersten Gleichspannung umgekehrt proportional zur Ausgangsspannung +Vcc geändert. Insbesondere kann ein unerwünschter Überstrom in den Schaltkreisen 10 und 18 unterdrückt werden, wenn die mit den Spannungen -Vcc bzw. +Vcc beaufschlagte Last sehr klein oder nicht vorhanden ist.
Andererseits werden verschiedene PN-Ubergänge enthaltende Elektronik-Bauelemente wie die Transistoren Q3, Q4, Q5 und die Diode D5 in der Rückkoppelschleife in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verwendet und der Transformator P1 kann wegen der Temperaturabhängigkeit der Elektronikbauelemente einen Anstieg der Erregerstroms erfahren. Wenn der Erregerstrom den Sättigungswert überschreitet, können die am Eingang anliegenden Rechteckwellen-Treiberimpulssignale eine Verzerrung ihrer Wellenform erfahren, wodurch sich nicht nur ein Leistungsverlust im Transformator, sondern auch ein Rauschproblem bei der Wiedergabe von beispielsweise Radiosignalen ergibt, wenn ein Tuner mit diesem Gleichspannungswandler betrieben wird, da die höheren harmonischen Bestandteile in dem verzerrten Treiberimpulssignal entsprechend verstärkt werden. Diese Regelabweichung infolge der Temperaturempfindlichkeit der elektronischen Bauelemente kann auch zu einem zu geringen Wert des Anregungsstroms im Transformator T1 führen, wodurch sich ein instabiler Betrieb des Schaltkreises 10 ergeben kann.
Um auch dieses Problem zu lösen wurde die Ausführung nach Fig. 2 entwickelt.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung ist insgesamt gleichartig wie die in Fig. 1 gezeigte, jedoch enthält die Regel- oder Rückkoppelschaltung 16 ein temperaturempfindliches Element 24, das zwischen die Widerstände R2 und R3 eingesetzt ist.
Das temperaturabhängige Element 24 wird hier beispielsweise aus drei hintereinandergeschalteten Dioden gebildet,die die unterschiedlichen Temperatureigenschaften der Transistoren Q4 und Q5 sowie der Diode D5 ausgleichen sollen. Das temperaturabhängige Element 24 kann statt der drei in Reihe geschalteten Dioden auch ein anderes temperaturabhängiges Element, wie ein Thermistor oder ein Varistor sein. Wenn die Diode D5 weggelassen wird, soll die Anzahl der PN-Übergänge im temperaturabhängigen Element 24 entsprechend verringert werden.
Dabei kann das temperaturabhängige Element 24 durch ein anderes, in Reihe mit der Diode D5 liegendes temperaturabhängiges Element ersetzt werden. Es ist wesentlich, daß die Regel- oder Rückkoppelschaltung 16 die Änderungen der Schaltkreiseigenschaften der Rückkoppelschleife infolge der veränderten Umgebungstemperaturen ausgleichen muß.
Wenn auch der beschriebene Gleichspannungswandler ein Wandler mit symmetrischem Ausgang zur Erzeugung zweier Ausgangs-Gleichspannungen +Vcc und -Vcc ist, so kann auch ein Gleichspannungswandler mit nur einem Schaltsystem oder nur einer -Leitung zur Erzeugung nur einer Ausgangsspannung +Vcc oder -Vcc erforderlichenfalls vorgesehen werden.
Wie sich aus der Beschreibung ergibt, ist ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler als spannungslieferndes Gerät für viele Einsätze, beispielsweise für eine Radio- oder Verstärkerausrüstung oder ein Kassettengerät für ein Kraftfahrzeug geeignet.
Damit ergibt sich ein getrennt erregter Gleichspannungswandler mit einer Regel- oder Rückkoppelschleife, die auch bei Laständerungen einen stabilen Betrieb ergibt. Die Rückkoppelschleife kann mit einem temperaturabhängigen Element versehen werden, so daß sich auch eine stabile Funktion bei unterschiedlicher Umgebungstemperatur erzielen läßt.

Claims

Gleichspannungswandler Patentansprüche 1. Getrennt erregter Gleichspannungswandler mit einer Spannungsversorgungseinrichtung mit einer ersten Gleichspannung, einer Wandlereinrichtung zum Wandeln der ersten Gleichspannung in eine Wechselspannung mit vorgegebener Größe in Abhängigkeit von einem Treiber- oder Steuerimpulssignal einer vorbestimmten Wiederholfrequenz, mit einer Gleichrichtereinrichtung zum Gleichrichten der Wechselspannung und einer Glättungsschaltung zum Glätten der gleichgerichteten Wechselspannung, so daß sich eine zweite Gleichspannung ergibt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß eine Rückkoppeleinrichtung (16) zum Abwandeln der Größe der ersten Gleichspannung in Abhängigkeit von der zweiten Gleichspannung (+Vcc; -Vcc) vorgesehen ist.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in der Wandlereinrichtung ein mit der ersten Spannungsversorgungseinrichtung (+B) verbundenerersterSchaltkreis(10) zur periodischen Unterbrechung der ersten Gleichspannung in Abhängigkeit von dem Steuerimpulssignal und ein mit dem Schaltkreis verbundener Transformator (T1) zum Transformieren der unterbrochenen Gleichspannung in eine Wechselspannung vorgesehen ist.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in der Wandlereinrichtung mindestens noch ein zusätzlicher Schaltkreis (18) zum Unterbrechen der ersten Gleichspannung in Abhängigkeit von der Wechselspannung von dem Transformator und mindestens ein zusätzlicher Transformator (T2) zur Transformierung der unterbrochenen Gleichspannung von dem zusätzlichen Schaltkreis in eine Wechselspannung vorgesehen ist.
4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in der Rückkoppeleinrichtung ein mit der Glättungsschaltung (22) verbundener Spannungsteiler zur Teilung der zweiten Gleichspannung (+Vcc) und eine veränderbare Widerstandseinrichtung (D5, Q5, R1) mit einem entsprechend der geteilten Spannung von dem Spannungsteiler (R2, R3) vorgesehen ist, welche zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (+B) und der Wandlereinrichtung geschaltet ist.
5. Gleichspannungswandler nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die veränderbare Widerstandseinrichtung einen zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (+B) und der Wandlereinrichtung geschalteten Widerstand (R1) und ein parallel zu dem Widerstand (R1) geschaltetes Element (Q5) mit variabler Leitfähigkeit enthält, dessen Leitfähigkeit sich in Ubereinstimmung mit der geteilten Spannung ändert.
6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 5, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß das Element mit variabler Leitfähigkeit einen Transistor (Q5) einschließt, dessen Emitter und Kollektor mit den Endklemmen des Widerstandes (R1) verbunden sind, und dessen Basis mit der Verbindungsstelle (J) des Spannungsteilers (R2, R3) verbunden ist.
7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Element mit variabler Leitfähigkeit zusätzlich eine zwischen der Basis des Transistors und der Verbindungsstelle (J) des Spannungsteilers eingesetzte Diode (D5) enthält.
8. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in der Rückkoppeleinrichtung eine temperaturabhängige Einrichtung (24) zur Kompensierung von Eigenschaftsänderungen der Wandlereinrichtung und der Rückkoppeleinrichtung infolge von Umgebungstemperaturänderungen enthalten ist.
9. Gleichspannungswandler nach Anspruch 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Riickkoppeleinrichtung folgende Bauelemente enthält: einen mit der Glättungsschaltung (22) zur TeiLung der zweiten Gleichspannung veunaenez spannmgstiler (Rlr 24r R2) (+Vcc), dessen Teilerverhältnis sich in Übereinstimmung mit der Änderung der Umgebungstemperatur ändert, und eine zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (+B) und der Wandlereinrichtung (10) eingesetzte veränderbare Widerstandseinrichtung Seren Widerstandswert sich in Übereinstimmung mit der geteilten Spannung von dem Spannungsteiler ändert.
10. Gleichspannungswandler nach Anspruch 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Spannungsteiler zwei in Reihe miteinander geschaltete Widerstände (R2, R3) und ein zwischen die Widerstände eingesetztes temperaturabhängiges Element (24) enthält.