DE3509853C2

DE3509853C2 -

Info

Publication number: DE3509853C2
Application number: DE19853509853
Authority: DE
Inventors: Rainer Horstkotte; Manfred 6453 Seligenstadt De Knuth
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1990-08-09
Also published as: DE3509853A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Gleichspannungs- Gleichspannungs-Umwandlung mit einer an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Eingangsdrossel und mit einer Ausgangsdrossel, die mit einem zwischen Ausgängen parallel zu einem Verbraucher angeordneten Kondensator verbunden ist, sowie mit einem weiteren Kondensator, der durch Betätigung einer Schalteranordnung abwechselnd über die Eingangsdrossel aufgeladen und über die Ausgangsdrossel und den Verbraucher entladen wird.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (DE-OS 28 42 262). Mit der bekannten Schaltungsanordnung sollen günstige Betriebseigenschaften bei einer minimalen Anzahl und Größe der Beauelemente erreicht werden. Der weitere Kondensator wird bei der bekannten Schaltungsanordnung abwechselnd in Reihe mit der Eingangsinduktivität und der Ausgangsinduktivität geschaltet, wobei er über die Eingangsinduktivität aufgeladen oder über die Ausgangsinduktivität und den Verbraucher entladen wird. Der an die Eingangsinduktivität angeschlossene Eingang der Schaltungsanordnung hat eine andere Polarität der Spannung als der an die Ausgangsinduktivität angeschlossene Ausgang, wenn dieser nicht potentialgetrennt an den Eingang angeschlossen ist. Dies gilt auch für den anderen Eingang und den anderen Ausgang. Wenn die Gleichspannungsquelle mit einem Pol bestimmter Polarität geerdet sein muß, ergeben sich hieraus Einschränkungen in bezug auf die freie Wahl der Polarität der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß der jeweils nicht potentialgetrennt mit einem Eingang verbundene Ausgang die gleiche Spannungspolarität hat wie der Eingang.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die im Anspruch 1 beschriebene Schaltungsanordnung benötigt keine pulsförmigen Ströme für die einwandfreie Arbeitsweise. Die Gleichspannungsquelle wird daher relativ gleichmäßig belastet. Ein Vorteil der Schaltungsanordnung besteht auch darin, daß die Entstehung von Störspannungen für die von dem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandler gespeisten Schaltungen weitgehend vermieden wird. Mit dem Transformator ist auf einfache Weise ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsgleichspannung erreichbar.

Der Transformator kann auch mehr als eine Sekundärwicklung enthalten. Den Sekundärwicklungen sind dann Einweggleichrichter nachgeschaltet, die jeweils aus Drosseln, Kondensatoren und Freilaufdioden bestehende Anordnungen speisen. Bei mehr als einem Sekundärkreis können die zugehörigen Drosseln mit der im Primärkreis angeordneten Drossel auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sein, um eine Gleichstromvormagnetisierung der Drosseln zu verhindern. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben. Es zeigt

Fig. 1 einen transformatorlosen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandler,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines transformatorlosen Gleichspannungs- Gleichspannungs-Umwandlers mit auf einem gemeinsamen Kern angeord neten Drosseln,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines transformatorlosen Gleichspan nungs-Gleichspannungs-Umwandlers,

Fig. 4 ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandler mit potentialgetrennten Ein- und Ausgängen,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Gleichspannungs-Gleichspannungs- Umwandlers mit potentialgetrennten Ein- und Ausgängen und auf einem gemeinsamen Kern angeordneten Drosseln,

Fig. 6 ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandler mit zwei Ausgangs kreisen,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Gleichspannungs-Gleichspannungs- Umwandlers mit zwei Ausgangskreisen,

Fig. 8 eine andere Ausführungsform eines Gleichspannungs-Gleichspannungs- Umwandlers mit zwei Ausgangskreisen.

Ein transformatorloser Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandler 1 enthält eine Eingangsdrossel 44, die mit einem Eingang 3 verbunden ist, der von einem Pol einer Gleichspannungsquelle gespeist wird. Mit der Eingangsdrossel 44 ist eine Freilaufdiode 45 und eine Ausgangsdrossel 46 in Reihe geschaltet. Die Ausgangsdrossel 46 ist an einem Anschluß mit einem Ausgang 14 verbunden. An die gemeinsame Verbindungsstelle der Eingangsdrossel 44 und der Diode 45 sind eine Diode 47 und ein Schalter 48 sowie der zweite Ausgang 49 angeschlossen. Der Diode 47 ist ein Kondensator 50 nachgeschaltet. Eine zusätzliche Diode 51 ist zwischen dem Kondensator 50 und der Drossel 46 angeordnet. Parallel zum Ausgang ist ein Kondensator 52 geschaltet. Der Kondensator 50 und der Schalter 49 sind weiterhin mit dem zweiten Pol 8 der Gleichspannungsquelle verbunden. Bei dem Schalter 48 handelt es sich vorzugsweise um einen Schalttransistor, dessen Basis mit einem Regelbaustein 17 verbunden ist, der über den Ausgang 14 mit dem Istwert der Regelgröße beaufschlagt wird.

Wenn der Schalter 48 geschlossen wird, fließt der Strom über die Eingangsdrossel 44 zum Eingang 8. Der Kondensator 50 entlädt sich über die Diode 51 zur Ausgangsdrossel 46 hin, die den Kondensator 52 am Ausgang 14, 49 und den nachgeschalteten Verbraucher speist. Öffnet der Schalter 48, dann fließt der Strom der Eingangsdrossel 44 als Ladestrom in den Kondensator 50. Der Stromfluß in der Ausgangsdrossel 46 wird durch die Diode 45 aufrechterhalten. Das Impulsdauer/Impulspausenverhältnis der Betätigung des Schalters 48 bestimmt die Höhe der Ausgangsgleichspannung.

Die in der Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 durch eine Eingangs- und eine Ausgangsdrossel 53, 54, die auf einem gemeinsamen Kern 55 angeordnet sind. Die beiden Drosseln 53, 54 sind mit ihrem Wicklungssinn so im Eingangskreis bzw. Ausgangskreis angeordnet, daß die Spannungen einander entgegengerichtet sind.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung weist die gleichen Bauelemente auf wie die Anordnung gemäß Fig. 2. Es sind jedoch der Kondensator 50 und der Schalter 48 unmittelbar an den Eingang 3 gelegt, während die Drosseln 53, 54 jeweils mit dem Eingang 8 bzw. dem Ausgang 49 verbunden sind. Wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2 sind drei Dioden 56, 57, 58 vorhanden, die den Dioden 45, 47, 51 entsprechen, jedoch die umgekehrte Polung aufweisen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung ist eine Eingangsdrossel 2 mit dem Eingang 3 verbunden, der von der Gleichspannungsquelle gespeist wird. An die Eingangsdrossel 2 ist eine Diode 4 in Serie mit einem Schalter 5 angeschlossen. Parallel zu der Serienschaltung der Diode 4 und des Schalters 5 ist eine Serienschaltung einer weiteren Diode 6 und eines Kondensators 7 angeordnet. Der zweite Pol der nicht näher dargestellten Gleichspannungsquelle ist mit dem Eingang 8 verbunden, an den der Schalter 5 und der Kondensator 7 angeschlossen sind. Zwischen der gemeinsamen Verbindungsstelle der Diode 6 und des Kondensators 7 und der gemeinsamen Verbindungsstelle von Diode 4 und Schalter 5 ist die Primärwicklung 9 eines Transformators 10 gelegt, dessen Sekundärwicklung 11 über eine Diode 12 eine Ausgangsdrossel 13 speist, die mit dem einen Ausgang 14 verbunden ist. Parallel zum Ausgang ist ein Kondensator 15 geschaltet. Eine Freilaufdiode 16 ist mit einem Anschluß der Ausgangsdrossel 13 und dem Kondensator 15 verbunden.

Der Schalter 5 wird periodisch geöffnet und geschlossen. Bei geschlossenem Schalter 5 fließt der Strom über die Eingangsdrossel 2, die Diode 4 und den Schalter 5 zum Eingang 8. Zugleich entlädt sich der Kondensator 7 über die Primärwicklung 9, so daß in der Sekundärwicklung 11 eine Spannung induziert wird. Die Spannung speist über die Diode 12 und die Ausgangsdrossel 13 einen Strom in den Kondensator 15 und die mit dem Ausgang 14 verbundene Last ein. Wenn der Schalter 5 geöffnet wird, gelangt der über die Eingangsdrossel 2 fließende Strom als Ladestrom in den Kondensator 7. Während der Ladezeit fließt im Sekundärkreis der Strom über die Diode 16 und die Ausgangsdrossel 13. Der Schalter 5 wird über den Reglerbaustein 17 mit Impulsen beaufschlagt, deren Periode und/oder Impulsdauer/Impulspausenverhältnis zur Erzeugung einer gleichbleibenden Ausgleichsspannung verändert wird.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 durch eine andere Anordnung der Drosseln. Gleiche Elemente sind in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die beiden Eingangs- und Ausgangsdrosseln 18, 19 haben gemäß der in Fig. 2 dargestellten Anordnung einen gemeinsamen Kern 20. Die Windungen der Drosseln sind so geschaltet, daß die Spannungsabfälle an der Eingangsdrossel 18 und der Primärwicklung 9 gleichsinnig und an der Ausgangsdrossel 19 und der Sekundärwicklung 11 gegensinnig verlaufen.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform hat einen Transformator 21 mit einer Primärwicklung 22 und zwei Sekundärwicklungen 23, 24. Die Primärwicklung 22 ist in gleicher Weise wie die Primärwicklung 9 in einem Eingangskreis angeordnet, der den Schalter 5, die Dioden 4 und 6, den Kondensator 7 und eine Eingangsdrossel 25 enthält. Die Sekundärwicklungen 23, 24 speisen über Dioden 26, 27 jeweils Ausgangsdrosseln 28, 29, an die Freilaufdioden 30, 31 und den Kondensator 32, 33 angeschlossen sind. Die Drosseln sind auf einem gemeinsamen Kern 34 angeordnet.

Der in Fig. 7 dargestellte Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandler 1 ist im Eingangskreis ebenso geschaltet wie der Umwandler 1 gemäß Fig. 4. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Ein Transformator 35 mit einer Primärwicklung 36 hat zwei Sekundärwicklungen 37, 38. Die Sekundärwicklung 37 speist in Übereinstimmung mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung eine Diode 12, eine Ausgangsdrossel 13, einen Kondensator 15 und eine Freilaufdiode 16. Der Sekundärwicklung 38 sind über eine Diode 40 eine Ausgangsdrossel 41, eine Freilaufdiode 42 und ein Kondensator 43 nachgeschaltet.

Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung ist teilweise genauso aufgebaut wie die Schaltung gemäß Fig. 7. Übereinstimmung ist bezüglich des Transformators 35 und den Sekundärkreisen vorhanden. Im Eingangskreis sind die Eingangsdrossel 2, der Schalter 5, die Diode 6 und der Kondensator 7 ebenso wie bei der in Fig. 7 gezeigten Schaltung vorhanden. Der Schalter 5 ist unmittelbar an die Eingangsdrossel 2 angeschlossen. In den von der gemeinsamen Verbindungsstelle der Diode 6 und des Kondensators 7 ausgehenden Abzweig ist ein zweiter Schalter 59 eingefügt, der über eine Diode 60 mit dem Eingang 8 verbunden ist. Die Schalter 5 und 59 werden jeweils gleichzeitig ein- und ausgeschaltet. Auf diese Weise wird ein periodischer Stromfluß über die Primärwicklung hervorgerufen. Der Stromfluß entsteht durch die periodische Entladung des Kondensators 7, der über die Eingangsdrossel 2 periodisch aufgeladen wird. Die Drosseln 2, 13, 41 können einen gemeinsamen Eisenkern aufweisen. In diesem Fall ist eine Verbindung zweckmäßig, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umwandlung mit einer an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Eingangsdrossel und mit einer Ausgangsdrossel, die mit einem zwischen Ausgängen parallel zu einem Verbraucher angeordneten Kondensator verbunden ist, sowie mit einem weiteren Kondensator, der durch Betätigung einer Schalteranordnung abwechselnd über die Eingangsdrossel aufgeladen und über die Ausgangsdrossel und den Verbraucher entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kondensator (7, 50) auf einer Seite mit einem Pol (8, 3) der Gleichspannungsquelle und einem Anschluß eines von einem Schaltregler (17) periodisch geöffneten und geschlossenen Schalters (5, 48) und auf der anderen Seite über eine Diode (6, 47, 56) mit der Eingangsdrossel (2, 18, 25, 44, 53) und über einen Transformator (10, 2, 35), der mit seiner Primärwicklung (9, 22, 36) zwischen Kondensator (7, 50) und den Schalter (5) gelegt ist, oder über eine zusätzliche Diode (51, 57) mit der Ausgangsdrossel (13, 19, 28, 29, 41, 46, 54) verbunden ist, und daß zwischen der dem einen Ausgang (14, 49) abgewandten Seite der Ausgangsdrossel (13, 19, 28, 29, 41, 46, 54) und dem anderen Ausgang (49), der an den Transformator oder den Schalter (48) angeschlossen ist, eine Freilaufdiode (16, 30, 31, 42, 45, 58) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdrossel (44, 53) über die Freilaufdiode mit der Ausgangsdrossel (46, 54) verbunden ist, und daß die gemeinsame Verbindungsstelle zwischen der Eingangsdrossel (44, 53) und der Freilaufdiode (45, 58) über eine Diode (47, 56) an den Kondensator (50) angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (11; 23, 24; 37, 38) über eine Diode (12; 26, 27) an den mit der Freilaufdiode (16; 30, 31; 42) verbundenen Eingang der Ausgangsdrossel (13; 19; 29, 28; 37, 38) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem anderen Anschluß des Schalters (5) und der Eingangsdrossel (2) eine weitere Diode (4) vorgesehen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig zwischen der gemeinsamen Verbindungsstelle des weiteren Kondensators (7) und der Diode (6) einen Schalter (59) enthält, dem die Primärwicklung (36) und eine zusätzliche Diode (60) nachgeschaltet sind.