DE4312607A1

DE4312607A1 - Direct current supply circuit

Info

Publication number: DE4312607A1
Application number: DE19934312607
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Lohr
Original assignee: HEINZINGER ELECTRONIC GmbH
Current assignee: LOHR, GEORG, DR., 82216 MAISACH, DE
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1993-04-19
Publication date: 1994-10-20

Abstract

When using switched-mode regulators in direct current supply circuits, it is possible to suppress the ripple at the output only to a limited extent using conventional passive filters. The invention now indicates a method of reducing ripple to negligible levels, at low cost, by the use of a downstream active low-pass filter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichstromversorgungs-Schal tung zur Speisung einer Last gemäß Oberbegriff des An spruchs 1.The invention relates to a DC power supply scarf device for feeding a load according to the preamble of the An saying 1.

Derartige gattungsgemäße Gleichstromversorgungs-Schaltungen werden heute bevorzugt wegen des hohen Wirkungsgrades, des hohen Leistungsgewichtes und des niedrigen Volumens der darin verwendeten Schaltnetzteile eingesetzt. Der Haupt nachteil der jeweils verwendeten Schaltregler liegt in ei ner nicht zu vernachlässigenden Welligkeit der Ausgangs spannung (Otmar Klingenstein, Schaltnetzteile in der Pra xis, 3. Auflage 1992, Vogel-Verlag, Seite 262).Such generic direct current supply circuits are preferred today because of their high efficiency high power to weight ratio and the low volume of the switching power supplies used therein. The head The disadvantage of the switching regulator used in each case is egg ner not negligible ripple of the output voltage (Otmar Klingenstein, switching power supplies in Pra xis, 3rd edition 1992, Vogel-Verlag, page 262).

Durch den Einsatz konventioneller passiver Filter, die üblicherweise aus Widerständen, Kondensatoren und Indukti vitäten bestehen, kann die Welligkeit zwar verringert wer den. Jedoch ist bereits bei Stromversorgungen mittlerer Güte der zur Filterung notwendige, hohe schaltungstechni sche Aufwand wirtschaftlich kaum vertretbar. Besitzt die Impedanz der Last neben einem Ohm′schen Lastanteil auch noch Blindanteile, so ist wegen der möglichen Resonanzen die Realisierung eines passiven Tiefpaßfilters kaum mehr möglich.By using conventional passive filters that usually from resistors, capacitors and inductors vitae, the ripple can be reduced the. However, it is already medium in power supplies Quality of the high circuit technology necessary for filtering This is hardly economically justifiable. Has it Impedance of the load in addition to an ohmic load component Blind shares, because of the possible resonances Realization of a passive low-pass filter hardly anymore possible.

Auch die Kombination aus einem Schaltregler mit passiver Filterung und einem nachgeschalteten konventionellen Line ar-Regler bringt kaum Vorteile, da diese Baugruppen zwar für eine Gleichstromgenauigkeit sorgen; die hochfrequenten Störanteile der Ausgangsspannung werden jedoch kaum gedämpft.Also the combination of a switching regulator with passive Filtering and a downstream conventional line ar controller has hardly any advantages because these modules ensure DC accuracy; the high frequency However, there is hardly any interference in the output voltage subdued.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gleichstrom versorgungs-Schaltung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß mit einer relativ einfachen Maßnahme die nach üblicher Filterung noch verbleibende Restwelligkeit der Ausgangsspannung wesentlich reduziert wird.The object of the invention is therefore a direct current Supply circuit according to the preamble of claim 1 to improve that with a relatively simple measure residual ripple after usual filtering the output voltage is significantly reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 dargelegten Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the license plate of the features set out in claim 1.

Ein ganz wesentlicher Kerngedanke der Erfindung besteht daher darin, nachgeschaltet zum passiven Ausgangsfilter ein zusätzliches aktives Tiefpaßfilter vorzusehen, das auf eine obere Grenzfrequenz ausgelegt ist, die um mindestens eine Größenordnung unter der Schaltfrequenz des Schaltreglers liegt. Dies ermöglicht es, die Restwelligkeit der Ausgangs spannung in hervorragender Weise auf ein Minimum reduzieren zu können.A very important core idea of the invention exists therefore, in downstream of the passive output filter to provide additional active low-pass filter that on a upper limit frequency is designed to be at least one Order of magnitude below the switching frequency of the switching regulator lies. This allows the ripple of the output Reduce tension in an excellent way to a minimum to be able to.

Der hierbei verwendete Schaltregler kann prinzipiell jeden hinreichend bekannten Schaltungsaufbau aufweisen. Der Schaltregler kann sowohl mit als auch ohne Potentialtren nung und ebenso primär oder auch sekundär getaktet arbei ten.The switching regulator used here can in principle be used by anyone have sufficiently known circuit design. Of the Switching regulator can be used with or without potential isolators voltage and work with primary or secondary clocking ten.

Das erfindungsgemäß verwendete nachgeschaltete aktive Tief paßfilter hat dabei die Funktion, die noch verbleibenden hochfrequenten Anteile im Ausgangssignal des Schaltreglers auszufiltern.The downstream active low used according to the invention pass filter has the function of the remaining ones high-frequency components in the output signal of the switching regulator to filter out.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß die ses aktive Tiefpaßfilter mit Hilfe eines linear gesteuerten aktiven Halbleiters realisiert ist. Besonders zweckmäßig ist für die Schaltung des aktiven Tiefpaßfilters eine Aus legung der Filterelemente mit einer Regelbarkeit in einer Frequenzbandbreite bzw. Regelbandbreite, die um mindestens eine Größenordnung über der Schaltfrequenz des Schaltreg lers liegt. A particularly advantageous embodiment provides that the This active low-pass filter with the help of a linearly controlled active semiconductor is realized. Particularly useful is an off for switching the active low-pass filter laying the filter elements with controllability in one Frequency bandwidth or control bandwidth by at least an order of magnitude above the switching frequency of the switching reg lers lying.

Weiterhin ist es vorteilhaft, das aktive Tiefpaßfilter mit einer Signalisierungseinrichtung auszustatten, die im Sinne einer Rückkopplung dem Schaltregler den Wert der optimalen Ausgangsspannung des Schaltreglers signalisiert. Hierdurch kann die Ausgangsspannung des Schaltreglers so justiert und geregelt werden, daß unter Berücksichtigung von Verlusten im aktiven Tiefpaßfilter die Ausgangsspannung an der Last den präzise gewünschten Wert einhält.It is also advantageous to use the active low-pass filter to equip a signaling device in the sense a feedback the switching regulator the value of the optimal Output voltage of the switching regulator signals. Hereby can adjust the output voltage of the switching regulator and be regulated that taking losses into account the output voltage at the load in the active low-pass filter maintains the precise desired value.

Bei den vorausgehend verwendeten Begriffen ist zu berücksichtigen, daß sich Gleichspannungsquellen mit Se rienwiderständen in Gleichstromquellen mit Parallelwi derständen überführen lassen, so daß die Begriffe von Strom und Spannung im weitesten Sinne in der vorausgehenden Be schreibung austauschbar sind.For the terms used previously is too take into account that direct voltage sources with Se Series resistances in DC sources with parallel wi can be transferred so that the terms of electricity and tension in the broadest sense in the previous Be are interchangeable.

Der Begriff des Schaltreglers im Sinne der Erfindung bezieht sich im weitesten Sinne auf alle getakteten Stromversorgungen, da diese bei herkömmlicher Bauweise im allgemeinen mit einer Regelschaltung zu Schaltreglern kombiniert werden.The concept of the switching regulator in the sense of the invention broadly refers to all clocked Power supplies, since these are in conventional construction in general with a control circuit to switching regulators be combined.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer vereinfachten Prinzipschaltung beispielhaft noch näher erläutert.In the following the invention will be simplified Basic circuit explained in more detail as an example.

In dieser Figur ist eine Gleichstromversorgungs-Schaltung nach der Erfindung dargestellt.In this figure is a DC power supply circuit shown according to the invention.

Die Eingangsgleichspannung 1 wird in einem Schaltregler 2 umgesetzt. Im Schaltregler 2 ist zum Beispiel integriert ein passives Ausgangsfilter 3 vorgesehen, das eine grobe Vorfilterung der Ausgangswelligkeit übernimmt. Die Ausgangsspannung des Schaltreglers 2 gelangt dann auf das zusätzlich vorgesehene aktive Tiefpaßfilter 4, in dem die noch verbleibende Restwelligkeit ausgefiltert wird.The DC input voltage 1 is implemented in a switching regulator 2 . In the switching regulator 2 , for example, a passive output filter 3 is integrated, which roughly pre-filters the output ripple. The output voltage of the switching regulator 2 then reaches the additionally provided active low-pass filter 4 , in which the remaining ripple is filtered out.

Die so gefilterte und von der Restwelligkeit beseitigte Ausgangsspannung wird einer Last 5 zugeführt. The output voltage thus filtered and removed from the residual ripple is fed to a load 5 .

Das aktive Tiefpaßfilter 4 enthält eine Signalisierungsein richtung 6, mit der im Sinne einer Rückführung bzw. einer Rückleitung eines Signals die Ausgangsspannung des Schalt reglers 2 auf den optimal gewünschten Wert eingestellt werden kann.The active low-pass filter 4 contains a Signalisierungsein device 6 , with which the output voltage of the switching regulator 2 can be set to the optimally desired value in the sense of a feedback or a return line of a signal.

Claims

1. Gleichstromversorgungs-Schaltung zur Speisung einer Last, mit einem Schaltregler zur Umsetzung der Ein gangsspannung und mit mindestens einem nachgeschalteten passiven Aus gangsfilter, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zum passiven Ausgangsfilter (3) ein ak tives Tiefpaßfilter (4) vorgesehen ist, das zwischen das passive Ausgangsfilter (3) und die Last (5) ge schaltet ist, und
daß die obere Grenzfrequenz des aktiven Tiefpaßfilters (4) um mindestens eine Größenordnung unter der Schalt frequenz des Schaltreglers (2) liegt.1. DC supply circuit for supplying a load, with a switching regulator for converting the input voltage and with at least one downstream passive output filter, characterized in that
that in addition to the passive output filter ( 3 ) an active low-pass filter ( 4 ) is provided, which is switched between the passive output filter ( 3 ) and the load ( 5 ), and
that the upper limit frequency of the active low-pass filter ( 4 ) is at least one order of magnitude below the switching frequency of the switching regulator ( 2 ).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Tiefpaßfilter (4) mindestens einen li near gesteuerten und in Serie geschalteten Leistungs halbleiter aufweist.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the active low-pass filter ( 4 ) has at least one li near-controlled and series-connected power semiconductor.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Tiefpaßfilter (4) Filterelemente auf weist, die mit einer Frequenzbandbreite regelbar sind, die um mindestens eine Größenordnung über der Schalt frequenz des Schaltreglers (2) liegt. 3. Circuit according to one of claims 1 or 2, characterized in that the active low-pass filter ( 4 ) has filter elements which can be regulated with a frequency bandwidth which is at least one order of magnitude above the switching frequency of the switching regulator ( 2 ).

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Tiefpaßfilter (4) eine Signalisierungs einrichtung (6) aufweist, mit der dem Schaltregler (2) der Wert der optimalen Ausgangsspannung des Schalt reglers (2) signalisierbar ist.4. Circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the active low-pass filter ( 4 ) has a signaling device ( 6 ) with which the switching regulator ( 2 ) the value of the optimal output voltage of the switching regulator ( 2 ) can be signaled.