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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltleistungsversorgungsvorrichtung, bei der zumindest
zwei Ausgangsspannungen mittels eines Transformators erzeugt werden.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der JP5038141 bekannt geworden.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Bei einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung,
die die Konfiguration aufweist, bei der zwei Ausgangsspannungen
mittels eines Transformators erhalten werden, wird allgemein lediglich
eine Ausgangsspannung erfaßt,
um ein erstes Schaltelement zu steuern, das mit der Primärwicklung
des Transformators verbunden ist. 1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Schaltleistungsversorgungsvorrichtung,
die wie oben beschrieben konfiguriert ist.
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Ein Transformator T ist mit einer
Primärwicklung
T1, Sekundärwicklungen
T2 und T3 und einer Treiberwicklung T4 versehen. Ein Schaltelement
Q1 (hierin im folgenden als ein erstes Schaltelement bezeichnet)
ist mit der Primärwicklung
T1 in Reihe geschaltet. Eine Steuerschaltung CT steuert die Ein-Zeit
des ersten Schaltelements Q1. Ein Ausgang von der Sekundärwicklung
T2 wird durch eine Gleichrichtungsdiode Ds1 gleichgerichtet und
durch einen Kondensator geglättet,
um als ein erster Ausgang Vo1 ausgegeben zu werden. Außerdem wird
ein Ausgang von der anderen Sekundärwicklung T3 durch eine Gleichrichtungsdiode
Ds2 gleichgerichtet und durch einen Kondensator geglättet, um
als ein Ausgang Vo2 ausgegeben zu werden. Bei diesem Beispiel steuert
die Steuerschaltung, die die Treiberwicklung T4 des Transformators
T umfaßt,
die Ein-Zeit des ersten Schaltelements Q1 und bewirkt außerdem,
daß das
erste Schaltelement Q1 autonom oszilliert. Wenn das erste Schaltelement
Q1 ein ist, ist bei dieser eingesetzten Konfiguration eine Eingangsspannung
Vin an die Primärwicklung
T1 angelegt, wobei ein Eingangsstrom zum Fließen gebracht wird, so daß eine Energie
in dem Transformator T1 gespeichert ist. Wenn das erste Schaltelement
Q1 aus ist, wird ferner die in dem Transformator T gespeicherte
Energie als ein Ausgangsstrom über
die Sekundärwicklungen
T2 und T3 freigegeben. Somit ist das Gerät als eine Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
vom Energiespeicherungstyp konfiguriert.
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In der Steuerschaltung CT wird die
Ausgangsspannung von der Treiberwicklung T4 zu einem gewissen Grad
durch einen Widerstand R4 und einen Kondensator C3 verzögert, um
an den Steueranschluß des
ersten Schaltelements Q1 angelegt zu werden, und wird außerdem an
eine Zeitkonstantenschaltung angelegt, die einen Widerstand R1 und
einen Kondensator C1 aufweist, so daß ein Transistor Tr1 nach einer
konstanten Zeitdauer eingeschaltet wird, was bewirkt, daß das erste
Schaltelement Q1 ausschaltet. Wenn das erste Schaltelement Q1 ausschaltet,
wird eine Energie, die in dem Transformator T gespeichert ist, als
ein elektrischer Strom freigegeben. Wenn die Freigabe der Energie
abgeschlossen ist, werden umgekehrte Spannungen an die Gleichrichtungsdioden
Ds1 bzw. Ds2 angelegt. Die kapazitive Impedanz, von dem Standpunkt
dieser Gleichrichtungsdioden äquivalent,
und der Wicklungsinduktor des Transformators T befinden sich in
Resonanz und, wenn eine Spannung in der Treiberwicklung T4 des ersten
Schaltelements Q1 erzeugt wird, wird eine Spannung an den Steueranschluß des ersten
Schaltelements Q1 angelegt, so daß das erste Schaltelement Q1
wieder einschaltet.
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Außerdem ist eine Ausgangsspannungserfassungsschaltung
DT an der Ausgangsseite der Gleichrichtungsschaltung bereitge stellt,
die die Gleichrichtungsdioden Ds1 und Ds2 und Kondensatoren aufweist.
Die Ausgangsspannungserfassungsschaltung DT erfaßt lediglich eine Ausgangsspannung
mit Bezug auf den ersten Ausgang Vo1. Das heißt, die Spannung des ersten
Ausgangs Vo1 wird durch Widerstände
R2 und R3 erfaßt.
Die durch die Widerstände
R2 und R3 geteilte Spannung wird als eine Vergleichsspannung zu
einem Spannungsvergleichsanschluß Vr eingegeben. Eine Reihenschaltung,
die eine Photodiode PD1, einen Nebenschlußregulator ZD1 und einen Widerstand
5 aufweist, ist zwischen Vo1 und GND geschaltet. Die obige Erfassungsspannung
wird zu dem Spannungsvergleichsanschluß (Referenzanschluß) Vr des
Nebenschlußregulators
ZD1 eingegeben. Ein Phototransistor PTr1, der gegenüberliegend
zu der Photodiode PD1 angeordnet ist, ist zwischen die Basis und
den Kollektor des Transistors Tr1 in der oben beschriebenen Steuerschaltung
CT geschaltet.
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Wenn der erste Ausgang Vo1 erhöht ist,
ist bei der obigen Anordnung die Eingangsspannung zu dem Nebenschlußregulator
ZD1 erhöht.
Da der Zulaufstrom zu der Photodiode PD1 erhöht ist, wird dann der Transistor
Tr1 über
die Operation des Phototransistors PTr1 in der Steuerschaltung CT
früher eingeschaltet.
Folglich wird die Ein-Zeit des ersten Schaltelements Q1 verkürzt und
dadurch wird die erste Ausgangsspannung Vo1 reduziert. Auf diese Weise
wird die Ausgangsspannung des ersten Ausgangs Vo1 durch die Ausgangsspannungserfassungsschaltung
DT überwacht
und ein Steuersignal, das der Erfassungsspannung entspricht, wird
gebildet und zu der Steuerschaltung CT rückgekoppelt, wodurch die erste
Ausgangsspannung Vo1 stabilisiert werden kann. Da die erste Ausgangsspannung Vo1
stabilisiert ist, ist außerdem
die zweite Ausgangsspannung Vo2 zu einem gewissen Grad stabilisiert.
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Die oben beschriebene herkömmliche Schaltleistungsversorgungsvorrichtung,
die in 1 gezeigt ist,
weist jedoch das Problem auf, daß, obwohl die Ausgangsspannung
der ersten Ausgangsspannung Vo1, mit der die Ausgangsspannungserfassungsschaltung
direkt verbunden ist, mit einer hohen Genauigkeit stabilisiert werden
kann, nicht wie für
die Ausgangsspannung Vo1, für
die Ausgangsspannung Vo2 keine ausreichend hohe Spannungsgenauigkeit
erhalten werden kann.
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Um dieses Problem zu lösen, wird
in einigen Fällen
eine Spannungsstabilisationsschaltung, wie beispielsweise eine Reihenregulatorschaltung
oder dergleichen in die Schaltung der zweiten Ausgangsspannung Vo2
eingebracht oder es wird ein Scheinwiderstand (Dummy-Widerstand)
verwendet. Bei derartigen Schaltungen werden Probleme bewirkt, wie
beispielsweise eine Erhöhung
bei der Anzahl von Teilen, eine Reduzierung einer Schaltungseffizienz, eines
Temperaturanstiegs der Leistungsversorgungsvorrichtung, usw.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Folglich ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
zu schaffen, bei der, wenn zumindest zwei Ausgangsspannungen bereitgestellt
sind, jede der Ausgangsspannungsgenauigkeiten durch ein Erfassen der
jeweiligen Ausgangsspannungen mit einem vorbestimmten Steuerverhältnis stabilisiert
werden kann.
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Die Schaltleistungsversorgungsvorrichtung der
Erfindung weist einen Transformator, der eine Primärwicklung
und zumindest zwei Sekundärwicklungen
aufweist, ein erstes Schaltelement, das mit der Primärwicklung
in Reihe geschaltet ist, eine Steuerschaltung zu einem Steuern des
Ausgangs von dem ersten Schaltelement durch eine Steuerung der Ein-Zeit desselben, eine
Gleichrichtungsschaltung zu einem Gleichrichten von zumindest zwei
Ausgängen von
den Sekundärwicklungen
und eine Ausgangserfassungsschaltung zu einem Erfassen der Ausgangsspannungen
und einem Rückkoppeln
der Ausgangsspannungen als ein Steuersignal für die Ein-Zeit der Steuerschaltung
auf, wobei die Ausgangsspannungserfas sungsschaltung einen Steuersignalbildungsabschnitt,
in dem das Steuersignal für
die Ein-Zeit entsprechend einer Spannung an einem Spannungsvergleichsanschluß gebildet
wird, und mehrere Spannungsdetektoren aufweist, die zwischen die
jeweiligen zumindest zwei Ausgänge der
Sekundärwicklungen
und den Spannungsvergleichsanschluß geschaltet sind.
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Bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
werden Ausgangsspannungen von den jeweiligen Ausgängen, die
durch zumindest zwei Sekundärwicklungen
erzeugt werden, durch die Spannungsdetektoren erfaßt, die
mit den jeweiligen Ausgängen
verbunden sind, und werden zusammen zu dem Spannungsvergleichsanschluß eingegeben. Das
Ausmaß der
Einflüsse
der Variationen bei den jeweiligen Ausgangssignalen auf den Spannungsvergleichsanschluß wird unten
betrachtet. Das Ausmaß der
Einflüsse
sind verschieden, falls für
die Erfassung Widerstände
verwendet werden, abhängig
von den Widerstandswerten. Folglich können die mehreren Ausgangsspannungen
mit einem wahlweisen Verhältnis
durch ein Entwerfen der Widerstandswerte der Spannungserfassungswiderstände entsprechend
den Spezifikationen derselben gesteuert werden.
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Auf diese Weise sind die mehreren
Spannungsdetektoren zwischen zumindest zwei Ausgänge der Sekundärwicklungen
und den Spannungsvergleichsanschluß geschaltet und das Steuersignal
für die
Ein-Zeit des ersten Schaltelements, das mit der Sekundärwicklung
verbunden ist, wird entsprechend einer Spannung bei dem Spannungsvergleichsanschluß gebildet.
Daher können
die jeweiligen Ausgangsspannungen mit einem erwünschten Steuerverhältnis stabilisiert
werden.
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Gemäß einem Aspekt wird für die mehreren Spannungsdetektoren
zumindest eine Zener-Diode verwendet.
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Durch eine geeignete Auswahl der
Zener-Diode können
die jeweiligen Ausgangsspannungen von der Schaltung mit dem oben
beschriebenen erwünschten
Steuerverhältnis
lediglich dann stabilisiert werden, wenn die Ausgangsspannung von
der Schaltung, die mit der Zener-Diode verbunden ist, eine vorbestimmte
Spannung überschreitet.
Somit kann unterdrückt
werden, daß die
Ausgangsspannung ansteigt. Wenn außerdem die Ausgangsspannung
von der Schaltung, die mit der Zener-Diode verbunden ist, geringer als die
vorbestimmte Spannung ist, wird lediglich die Ausgangsspannung von
der Schaltung, die nicht mit der Zener-Diode verbunden ist, zu einer
Stabilisierung gesteuert.
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Gemäß einem anderen Aspekt weist
die Sekundärwicklung
zumindest zwei Sekundärwicklungen
auf, der Gleichrichtungsausgangsanschluß einer vorbestimmten Sekundärwicklung
ist mit einem Ende der anderen Sekundärwicklung verbunden und ein Strom
durch das andere Ende der anderen Sekundärwicklung wird gleichgerichtet
und ausgegeben.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden aufgrund
von Variationen bei einer Spannung, die durch Variationen bei einem
Strom bewirkt werden, der durch die Gleichrichtungsdiode für die vorbestimmte Sekundärwicklung
fließt,
keine Einflüsse
ausgeübt. Entsprechend
ist aus diesem Grund die Spannungsgenauigkeit der anderen Sekundärwicklung
verbessert.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
wird, wenn das erste Schaltelement ein ist, eine Eingangsspannung
an die Primärwicklung
angelegt, was bewirkt, daß ein
Strom fließt,
so daß eine
Energie in dem Transformator gespeichert wird, und wenn das erste
Schaltelement ausgeschaltet ist, wird die in dem Transformator gespeicherte
Energie von den Sekundärwicklungen
freigegeben.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
einen Sperr-Typ (Flyback-Typ) auf. Somit ist es nicht notwendig,
eine Drosselspule oder dergleichen an der Sekundärseite bereitzustellen. Folglich
kann eine Schaltleistungsversorgungsvorrichtung bereitge stellt werden,
die eine geringe Größe, eine
hohe Genauigkeit und eine hohe Stabilität aufweist.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
weist die Schaltleistungsversorgungsvorrichtung ferner einen Induktor,
der mit der Primärwicklung
in Reihe geschaltet ist, und eine Reihenschaltung auf, die einen Kondensator
und ein zweites Schaltelement aufweist und mit der Reihenschaltung
parallelgeschaltet ist, die den Induktor und die Primärwicklung
aufweist, wobei die Steuerschaltung das erste und das zweite Schaltelement
abwechselnd ein- und ausschaltet, um eine Zeitperiode zwischen denselben
anzuordnen, wenn beide der Schaltelemente aus sind, und die Ein-Zeit
der Schaltelemente steuert, wodurch die Ausgänge von denselben gesteuert
werden.
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Eine derartige Schaltleistungsversorgungsvorrichtung,
bei der die Primärwicklung
des Transformators wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist in dem
US-Patent Nr. 6,061,252 und der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11-187664 offenbart, von denen beide auf die Anmelderin der vorliegenden
Erfindung übertragen
sind, und deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen
ist.
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Wenn bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
das erste Schaltelement ausschaltet, wird eine Energie, die in dem
Induktor gespeichert ist, der mit der Primärwicklung in Reihe geschaltet
ist, als ein Ladestrom in den Kondensator freigegeben. Dann schaltet
direkt danach das zweite Schaltelement ein und ein Entladen wird
basierend auf dem Ladungspotential des Kondensators ausgeführt. Mit
dem Entladestrom wird eine Energie in der Primärwicklung des Transformators
und dem Induktor gespeichert. Wenn das zweite Schaltelement nach
einer vorbestimmten Zeitperiode ausschaltet, fließt die wieder
in dem Induktor L gespeicherte Energie über die Primärwicklung
und die Eingangsleistungsquelle. Bei dieser Operation umfaßt der Induktor,
der mit der Primärwicklung
in Reihe geschaltet ist, die Leckinduk tivität des Transformators. Folglich kann
eine Erzeugung eines Stoßes
verhindert werden, der durch die Leckinduktivität bei einem Schalten bewirkt
wird. Außerdem
wird der Entladestrom, der erzeugt wird, wenn das zweite Schaltelement
Q2 ein ist, ein Resonanzstrom. Dies wird durch die Sekundärwicklung
wiedergespiegelt. Das heißt,
der Sekundärwicklungsstromausgang
nimmt einen Teil des sinusförmigen
Signalverlaufs beginnend bei einer Spannung von Null an (bergiger
Signalverlauf), so daß ein
Stoß bei
einer vorauseilenden Flanke praktisch vernachlässigt werden kann.
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Da der Stromstoß oder dergleichen unterdrückt wird,
wie es oben beschrieben ist, kann verhindert werden, daß sich die
Ausgangsspannungen aufgrund des Stoßstroms oder dergleichen erhöhen. Folglich
kann die Spannungsgenauigkeit eines Ausgangs, der mit einem kleinen
Steuerverhältnis
erzeugt wird, oder ein nicht-gesteuerter Ausgang verbessert werden.
Besonders wenn die Last, die ein großes Steuerverhältnis aufweist,
schwer ist, und die Last, die ein kleines Steuerverhältnis aufweist,
leicht ist, bewirkt ein Stoßstrom
herkömmlicherweise,
daß der
Ausgang, der ein kleines Steuerverhältnis aufweist, in einer Spannung
ansteigt. Dies wird jedoch durch diese Anordnung erheblich verbessert.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
weist die Schaltleistungsversorgungsvorrichtung ferner einen Induktor,
der mit der Primärwicklung
in Reihe geschaltet ist, und eine Reihenschaltung auf, die einen Kondensator
und ein zweites Schaltelement aufweist und mit dem ersten Schaltelement
parallel geschaltet ist, wobei die Steuerschaltung das erste und
das zweite Schaltelement abwechselnd ein- und ausschaltet, um eine
Zeitperiode zwischen denselben anzuordnen, wenn beide der Schaltelemente
aus sind, und die Ein-Zeit der Schaltelemente steuert, wodurch die
Ausgänge
von denselben gesteuert werden.
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Mit dieser Struktur führt die
Schaltleistungsversorgungsvorrichtung die gleiche Operation aus, wie
dieselbe oben erläutert
ist.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
wird die Leckinduktivität
des Transformators verwendet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Induktor
selbst eine Leckinduktivität.
Dies kann die Anzahl von Teilen reduzieren, da es nicht notwendig ist,
den Induktor als ein getrenntes Teil bereitzustellen.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
weist die Steuerschaltung eine Treiberwicklung, die in dem Transformator
bereitgestellt ist, um das erste bzw. das zweite Schaltelement zu
treiben, und einen Steuerabschnitt auf, der mit einer Zeitkonstantenschaltung
zu einem Liefern von Ein-Aus-Signalen
zu den Steueranschlüssen
des ersten und des zweiten Schaltelements mit einer vorbestimmten
Zeitgebung durch eine Verwendung einer Spannung versehen ist, die
im wesentlichen proportional zu der Spannung der Primärwicklung
ist und in der Treiberwicklung erzeugt wird, wodurch das erste und
das zweite Schaltelement autonom oszillieren.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das erste
Schaltelement und das zweite Schaltelement autonom betrieben. Somit
sind Oszillations-ICs oder dergleichen nicht erforderlich. Die Anzahl
von Teilen kann erheblich reduziert werden. Außerdem können das erste und das zweite
Schaltelement ohne weiteres abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden,
um eine Zeitperiode zwischen denselben anzuordnen, wenn beide derselben
aus sind, und die Ein-Zeit dieser Schaltelemente kann einfach gesteuert
werden. Der Verlust und ein Brechen von Elementen, was durch den
Kurzschlußstrom
bewirkt wird, der fließt, wenn
die zwei Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet werden, können verhindert
werden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
umfaßt die
Steuerschaltung eine Gleichrichtungsdiode und eine kapazitive Impedanz,
die mit der Gleichrichtungsdiode parallel geschaltet ist.
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Da das erste Schaltelement bei der
Primärwicklung
als ein Schalter wirksam ist, werden eine Stoßspannung und ein Stoßstrom bei
dem Ausgang der Sekundärwicklung
erzeugt. Die kapazitive Impedanz ist mit der Gleichrichtungsdiode
parallel geschaltet, was es ermöglicht,
daß der
Spannungsstoß absorbiert
wird. Außerdem
werden Ladungen über die
kapazitive Impedanz dem Ausgang zugeführt, so daß die Wirkungen des Spannungsabfalls
der Gleichrichtungsdiode reduziert werden können.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt
umfaßt die
Gleichrichtungsschaltung eine induktive Impedanz, die mit der Gleichrichtungsdiode
in Reihe geschaltet ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die induktive
Impedanz mit der Gleichrichtungsdiode in Reihe geschaltet. Somit
kann insbesondere ein Stromstoß verhindert
werden.
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Zu dem Zweck eines Darstellens der
Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt
sind, wobei jedoch klar ist, daß die
Erfindung nicht auf die präzisen
Anordnungen und Instrumentalitäten
begrenzt ist, die gezeigt sind.
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Andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der
Erfindung offensichtlich, die sich auf die zugehörigen Zeichnungen bezieht.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung(en)
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Schaltleistungsversorgungsvorrichtung.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Diagramm eines Betriebssignalverlaufs der Schaltleistungsversorgungsvorrichtung.
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4 ist
ein Diagramm eines Betriebssignalverlaufs der herkömmlichen
Schaltleistungsversorgungsvorrichtung.
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
eine Modifikation des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
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8 zeigt
eine andere Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels.
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Detaillierte Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung
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Hierin sind im folgenden die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen genau erläutert.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
als ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Diese Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
kann zwei Ausgangsspannungen Vo1 und Vo2 extern ausgeben und ist
mit der Sekundärwicklung T2
zum Ausgeben der Spannung Vo1 und der Sekundärwicklung T3 zum Ausgeben der
Spannung Vo2 versehen. Die Sekundärwicklung T3 ist eine mit der Sekundärwicklung
T2 kontinuierliche Wicklung. Ähnlich
der in 1 gezeigten Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
ist eine Gleichrichtungsdiode Ds1 mit einer Sekundärwicklung
T2 verbunden und eine Gleichrichtungsdiode Ds2 ist mit einer Sekundärwicklung
T3 verbunden. Außerdem
ist bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung ein Kondensator
C6 als eine kapazitive Impedanz mit der Gleichrichtungsdiode Ds1
parallel geschaltet und ein Ferrit-Wulst oder Ferrit-Wulste L1 sind als
eine induktive Impedanz mit der Gleichrichtungsdiode Ds2 in Reihe geschaltet.
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Bei einer Ausgangsspannungserfassungsschaltung
DT ist eine Reihenschaltung, die eine Photodiode PD1 und einen Nebenschußregulator
ZD1 als einen Steuersignalbildungsabschnitt aufweist, zwischen einen
Ausgangsanschluß zum
Ausgeben der ersten Ausgangsspannung Vo1 und GND geschaltet. Ein
Widerstand R2 ist zwischen den Spannungsvergleichsanschluß (Referenzeingangsanschluß) Vr des
Nebenschlußregulators
ZD1 in dem Steuersignalbildungsabschnitt und den Ausgangsanschluß der ersten
Ausgangsspannung Vo1 geschaltet und ein Widerstand R4 ist zwischen
Vr und den Ausgangsanschluß der
ersten Ausgangsspannung Vo1 geschaltet. Außerdem ist ein Widerstand R3
zwischen Vr und GND geschaltet. Diese Widerstände R2 und R4 sind Erfassungswiderstände als
eine Einrichtung zu einer Spannungserfassung.
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Bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
sind ein erstes Schaltelement Q1 und ein zweites Schaltelement Q2
mit der Primärwicklung des
Transformators T verbunden.
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Die Konfigurationen des ersten Schaltelements
Q1 und einer Steuerschaltung CT1 sind denselben der herkömmlichen
Schaltleistungsversorgungsvorrichtung von 1 ähnlich.
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Eine Diode D1 ist mit dem ersten
Schaltelement Q1 parallel geschaltet. Anstelle der Diode D1 kann
eine Parasitärdiode
des ersten Schaltelements Q1 verwendet werden. Bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
weist das erste Schaltelement Q1 einen Feldeffekttransistor (MOSFET)
auf und weist daher eine Parasitärdiode
zwischen der Source und dem Drain auf. Ähnlich kann anstelle des Kondensators
C2 die Parasitärkapazität des ersten Schaltelements
Q1 verwendet werden.
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Ein Induktor L ist mit einer Primärwicklung
T1 des Transformators T in Reihe geschaltet. Außerdem ist ein Kondensator
C5 mit dem zweiten Schaltelement Q2 in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung, die
den Kondensator C5 und das zweite Schaltelement Q2 aufweist, ist
mit der Reihenschaltung, die den Induktor L und die Primärwicklung
T1 aufweist, parallel geschaltet. Bei der Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
wird als der Induktor L bevorzugt die Leckinduktivität des Transformators
T eingesetzt.
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Eine Steuerschaltung CT2 ist mit
dem Steueranschluß des
zweiten Schaltelements Q2 verbunden. Ähnlich der ersten Steuerschaltung
CT1 weist die Steuerschaltung CT2 eine Treiberwicklung T5, die in
dem Transformator T bereitgestellt ist, einen Kondensator und einen
Widerstand zu einem Verzögern
der Ausgangsspannung von der Treiberwicklung T5 und einem Anlegen
der Spannung an den Steueranschluß des zweiten Schaltelements
Q2, einen Transistor Tr2, der mit dem Steueranschluß des zweiten
Schaltelements Q2 verbunden ist, und eine RC-Zeitkonstantenschaltung
auf, die einen Widerstand R5, der mit der Basis des Transistors
Tr2 verbunden ist, und einen Kondensator C3 aufweist. Eine Diode
D2 und ein Kondensator C4 sind jeweils mit dem zweiten Schaltelement
Q2 parallel geschaltet. Hinsichtlich der Diode und des Kondensators
können anstelle
von diskreten Komponenten die Parasitärdiode und die Parasitärkapazität des zweiten
Schaltelements Q2 eingesetzt werden.
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Als nächstes wird die Operation beschrieben.
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Zuerst wird die Operation der Ausgangsspannungserfassungsschaltung
DT beschrieben.
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Die Ausgangsspannungserfassungsschaltung
DT erfaßt
die erste Ausgangsspannung Vo1 und die zweite Ausgangsspannung Vo2
mittels des Widerstands R2 und des Widerstands R4. Hier wird das Steuerverhältnis der
Ausgangsspannung Vo1 : Vo2 unter Verwendung der Referenzspannung
Vr an dem Spannungsvergleichsanschluß Vr wie folgt ausgedrückt. (Vo1 – Vr)/R2
: (Vo2 – Vr)/R4
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Die obige Formel stellt das Stromverhältnis dar.
Je höher
das Stromverhältnis
des linken Terms ist, desto höher
wird das Steuerverhältnis
von Vo1. Je größer die
Stromstärke
des rechten Terms ist, desto höher
wird das Steuerverhältnis
von Vo2. Der Ausgang, der ein höheres
Steuerverhältnis
aufweist, wird stärker
stabilisiert.
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Folglich ist das Steuerverhältnis a
der Ausgangsspannung Vo1: a = {(Vo1 – Vr)/R2}
/{(Vo1 – Vr)/R2
+ (Vo2 – Vr)/R4}
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Da die Eingangsreferenzimpedanz des
Nebenschlußregulators
unendlich ist, ist die obige Formel: (Vo1 – Vr)/R2
+ (Vo2 – Vr)/R4
= Vr/R3.
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Somit kann das folgende erhalten
werden: a = (Vo1 – Vr)R3/(VrR2)
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Falls es erwünscht ist, daß die Spannungsgenauigkeit
der ersten Ausgangsspannung Vo1 verbessert wird, kann z. B., wie
es in der obigen Formel zu sehen ist, der Widerstandswert R2 verringert
werden, so daß das
Steuerverhältnis
der ersten Ausgangsspannung Vo1 erhöht ist.
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Variationen bei den Ausgangsspannungen Vo1
und Vo2 werden durch den Strom der Photodiode PD1 gemäß dem obigen
Steuerverhältnis
widergespiegelt. Dies resultiert in einer Änderung der Ein-Aus-Zeitgebung
des Phototransistors PTr1 in der Steuerschaltung CT1, die die Ein-Zeit
des ersten Schaltelements Q1 steuert. Wenn folglich die Ausgangsspannung
Vo1 oder Vo2 geändert
ist, wird der Änderungsbetrag
zu der Primärwicklung
rückgekoppelt,
so daß die
Ein-Zeit des ersten Schaltelements Q1 gesteuert ist. Aufgrund dieser
Operation kann die Spannungsstabilität mit einem vorbestimmten Steuerverhältnis, wie
verschieden Ausgangsspannungen auch sind, verglichen mit der Schaltleistungsversorgungsvorrichtung,
die in 1 gezeigt ist,
stärker verbessert
werden, bei der die Ausgangsspannung Vo2 nicht gesteuert ist.
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Als nächstes wird die Operation der
Primärwicklung
des Transformators T beschrieben.
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Wenn das erste Schaltelement Q1 einschaltet,
wird eine Eingangsspannung Vin an die Primärwicklung T1 angelegt, was
bewirkt, daß ein
Strom fließt,
so daß eine
Energie in dem Transformator T gespeichert wird. Wenn das erste
Schaltelement Q1 ausschaltet, ist die Spannung der Primärwicklung
T1 des Transformators invertiert. Bei der Primärwicklung beginnen der Induktor
L und der Kondensator C5, sich in Resonanz zu befinden, und bei
der Sekundärwicklung
wird die in dem Transformator T gespeicherte Energie als ein Strom über die
Sekundärwicklungen
T2 und T3 freigegeben. Der Zustand der Primärwicklung zu dieser Zeit wird
unten genau beschrieben.
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Wenn das erste Schaltelement Q1 ausschaltet,
wird eine Energie, die in dem Induktor L gespeichert ist, in die Rechtsseitenrichtung
freigegeben, wie es in der Figur zu sehen ist, d. h., zu der Primärwicklung
T1, der Parallelschaltung, die den Kondensator C4 (falls kein Kondensator
C4 bereitgestellt ist, der Parasitärkapazität des zweiten Schaltelements Q2)
und die Diode D2 aufweist, und dem Kondensator C5 hin als ein Ladestrom
für den
Kondensator C5. Zu dieser Zeit ist die Energie in dem Induktor L
in dem Kondensator C5 absorbiert. Daher wird durch den Induktor
L kein Stoß bewirkt.
Zu dieser Zeit ist ein Ladestrom zu dem Kondensator C5 wirksam,
um die entgegengesetzten Ladungen des Kondensators C4 zu entladen.
Nachdem die Ladungen in dem Kondensator C4 entladen sind, leitet
die Diode D2 (falls die Diode D2 nicht verbunden ist, die Parasitärdiode des zweiten
Schaltelements Q2). Die Spannung der Treiberwicklung T5 wird jedoch
durch die Reihenschaltung verzögert,
die den Widerstand und den Kondensator aufweist, die an den Steueranschluß (Gate)
des zweiten Schaltelements Q2 angelegt werden sollen. Folglich schaltet
das zweite Schaltelement Q2 zu einem gewissen Grad später aus
als das Ausschalten des ersten Schaltelements Q1. Hier wird das
zweite Schaltelement Q2 ausgeschaltet, während sich die Diode D2 in
dem Leitungszustand befindet. Somit wird das Ausschalten als eine
Null-Spannung-Schaltoperation ausgeführt. Bei dieser Operation kann
der Schaltverlust des Schaltelements Q2 erheblich reduziert werden.
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Wenn das zweite Schaltelement Q2
einschaltet, fließt
ein Entladestrom basierend auf dem Ladungspotential des Kondensators
C5. Bei diesem Entladestrom wird eine Energie in dem Induktor L und
der Primärwicklung
T1 gespeichert. Der Entladestrom, der zu dieser Zeit fließt, wird
ein Resonanzstrom des Kondensators C5 und des Induktors L. Der Anstieg
des Stroms wird sehr milde ausgeführt. Folglich weisen die Ausgangsströme von den
Sekundärwicklungen
T2 und T3 je einen Teil eines sinusförmigen Signalverlaufs (bergiger
Signalverlauf) auf, der bei einem Strom von Null beginnt. Es wird
im wesentlichen kein Stoßstrom
erzeugt, wenn der Sekundärwicklungsstrom
erzeugt wird.
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Durch ein Verbinden des Kondensators
C5, des zweiten Schaltelements Q2 und der Steuerschaltung CT2 mit
der Primärwicklung
T1 des Transformators T, wie es oben beschrieben ist, kann verhindert werden,
daß ein
Stoß,
der von der Leckinduktivität
L herrührt,
bei dem Sekundärwicklungsausgangsstrom und
der Sekundärwicklungsausgangsspannung
auftritt. Zusätzlich
ist die Null-Spannung-Schaltoperation des
zweiten Schaltelements Q2 realisiert, so daß ein Schaltverlust erheblich
reduziert werden kann.
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Wenn eine vorbestimmte Zeitperiode,
die durch die RC-Zeitkonstantenschaltung
bestimmt ist, die den Widerstand R5 und den Kondensator C3 aufweist,
verstrichen ist, nachdem das zweite Schaltelement Q2 einschaltet,
schaltet der Transistor Tr2 ein und das zweite Schaltelement Q2
schaltet aus. Dann wird die Energie, die in dem Induktor L und der
Wicklung T1 gespeichert ist, als ein Strom freigegeben, der in die
Linksseitenrichtung fließt,
wie es in der Figur zu sehen ist, und fließt über die Eingangsleistungsquelle
Vin, die Parallelschaltung, die den Kondensator C2 (falls kein Kondensator
C2 bereitgestellt ist, die Parasitärkapazität des ersten Schaltelements Q1)
und die Diode D1 aufweist, und die Primärwicklung T1. Dieser Strom
bewirkt, daß die
Ladungen in dem Kondensator C2 (falls kein Kondensator C2 verbunden
ist, der Parasitärkapazität des ersten
Schaltelements Q1) entladen werden. In dem Zustand, in dem das Entladen
abgeschlossen ist, wird die Spannung über die Diode D1 (falls keine
Diode D1 bereitgestellt ist, die Parasitärdiode des ersten Schaltelements
Q1) Null und die Diode D1 beginnt zu leiten. Hier schaltet das zweite
Schaltelement Q2 aus und dadurch wird die Spannung, die in der Treiberwicklung
T4 erzeugt wird, durch die Reihenschaltung verzögert, die den Widerstand R
und den Kondensator C aufweist, und wird an den Steueranschluß (Gate-Anschluß) des ersten
Schaltelements Q1 angelegt. Bei dieser Zeitgebung ist, wie dieselbe
oben beschrieben ist, die Spannung über die Gleichrichtungsdiode
D1 Null und daher schaltet das erste Schaltelement Q1 bei einer
Spannung von Null.
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Wenn das erste Schaltelement Q1 bei
der Null-Spannung-Schaltoperation
einschaltet, beginnt eine Energie, in dem Induktor L und der Primärwicklung
T1 gespeichert zu werden. 3 ist
ein Diagramm eines Betriebssignalverlaufs der Schaltung von 2. In der Figur stellt Vds1
die Source-Drain-Spannung
des ersten Schaltelements Q1 dar, Vds2 die Source-Drain-Spannung
des zweiten Schaltelements Q2, Id1 einen Strom, der in das erste Schaltelement
Q1 fließt,
Id2 einen Strom, der in das zweite Schaltelement Q2 fließt, Is einen
Sekundärwicklungsstrom,
Vs, Vf1 und Vf2 Spannungen über die
Gleichrichtungsdioden Ds1 bzw. über
Ds2 (in 2, wenn Vs,
Vf1 und Vf2 verwendet werden).
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Gemäß der oben beschriebenen Operation schalten
das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 abwechselnd
ein und aus, um eine Zeitperiode zwischen denselben anzuordnen,
wenn beide derselben aus sind. Somit ist das Schalten dieser Schaltelemente
eine Null-Spannung-Schaltoperation.
Der Signalverlauf des Sekundärwicklungsstroms
zeigt einen Teil des sinusförmigen
Signalverlaufs (bergiger Signalverlauf), der bei der Spannung von
Null beginnt. Dies ermöglicht
es, daß der
Schaltverlust erheblich reduziert wird, und kann die Erzeugung eines
Stoßes
verhindern.
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Als nächstes wird die Operation der
Sekundärschaltung
beschrieben.
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Die Ausgangsströme von den Sekundärwicklungen
T2 und T3 werden durch die Gleichrichtungsdioden Ds1 und Ds2 gleichgerichtet,
durch die Elektrolyt-Kondensatoren geglättet, die je zwischen die Kathoden
derselben und GND geschaltet sind, und als die erste Ausgangsspannung
Vo1 bzw. die zweite Ausgangsspannung Vo2 ausgegeben. Bei der in 2 gezeigten Schaltung ist
der Kondensator C6 mit der Gleichrichtungsdiode D1 parallel geschaltet. Der
Ferrit-Wulst oder die Ferrit-Wulste L1 sind mit der Gleichrichtungsdiode
Ds2 in Reihe geschaltet.
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Der Kondensator C6 entspannt einen
Stoß, der
erzeugt wird, wenn eine Spannung über die Gleichrichtungsdiode
Ds1 erzeugt wird. Die Gleichrichtungsdiode Ds2 absorbiert einen
Stromstoß,
der auftritt, wenn der Sekundärwicklungsstrom
anfängt, von
der Sekundärwicklung
T3 zu fließen.
Folglich kann bei dieser Schaltung das meiste des Stoßes durch
die Schaltungsanordnung an der Primärseite des Transformators T
absorbiert werden. Ein Stoß, der
weiter erzeugt wird, kann durch den Kondensator 6 und den Ferrit-Wulst
oder die Ferrit-Wulste L1 entfernt werden. Der Kondensator C6 kann
mit der Gleichrichtungsdiode Ds2 verbunden sein. Ferner können die
Ferrit-Wulste L1 mit der Gleichrichtungsdiode Ds2 verbunden sein.
Die Auswahl, ob der Kondensator C6 und der Ferrit-Wulst oder die
Ferrit-Wulste L1 an einer oder an beiden Seiten bereitgestellt sein
sollten, kann geeignet ausgeführt
werden, entsprechend den Eigenschaften von Ladungen usw. Bei dieser
Schaltung beträgt
die Anzahl der Sekundärwicklungen
zwei, d. h., T2 und T3 werden verwendet, um die Ausgänge Vo1
bzw. Vo2 zu erzeugen. Die Anzahl von Abgriffen der Sekundärwicklung
kann erhöht
werden, um zumindest drei Ausgänge
zu erhalten. In diesem Fall können
Erfassungswiderstände als
Spannungsdetektoren zum Erfassen der Ausgänge jeweils zwischen die Ausgänge und
die Spannungsvergleichsanschlüsse
Vr geschaltet werden.
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Wie bei der in 2 gezeigten Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
ist die Anordnung, bei der zwei Schaltelemente mit der Primärwicklung
des Transformators T verbunden sind, besonders bei einer Verbesserung
der Spannungsgenauigkeiten von mehreren Ausgangsspannungen wirksam.
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Zum Beispiel in dem Fall, in dem
für die
Primärschaltung
des Transformators T die in 1 gezeigte
herkömmliche
Anordnung verwendet wird, stoßen
die Spannung Vds über
das erste Schaltelement Q1 und der Sekundärwicklungsstrom Is an der vorauseilenden
Flanke, wie es in 4 gezeigt
ist. Dies bewirkt eine Verschlechterung der Spannungsgenauigkeit.
Einer der Hauptfaktoren für
den Stoß ist
die Leckin duktivität
L des Transformators T. Gemäß der in 2 gezeigten Anordnung ist
jedoch die Leckinduktivität
L in die Operation der Primärschaltung
des Transformators T aufgenommen, wie es oben beschrieben ist. Dies
kann gefährliche
Wirkungen der Leckinduktivität
L auf den Ausgang beseitigen. Somit können bei der Schaltleistungsversorgungsvorrichtung,
die die in 2 gezeigte
Schaltung aufweist, die Steuergenauigkeiten von zwei Ausgangsspannungen
durch die Ausgangsspannungserfassungsschaltung DT verbessert werden
und außerdem
können
die Steuergenauigkeiten durch die Schaltungsanordnung der Primärwicklung
des Transformators T verbessert werden.
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
sind die Sekundärwicklungen
T2 und T3 getrennt. Der Gleichrichtungsausgangsanschlußpunkt a
der Sekundärwicklung
T2 ist mit einem Ende der Sekundärwicklung
T3 verbunden. Bei dieser Anordnung ist die Spannung an dem Punkt
a stabilisiert. Folglich kann durch ein Zuführen der stabilisierten Spannung
zu der Sekundärwicklung
T3 die Spannungsgenauigkeit der zweiten Ausgangsspannung Vo2 weiter
verbessert werden.
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Das heißt, bezüglich der in 2 gezeigten Schaltung, der Ausgang ist
durch die folgende Formel ausgedrückt, bei der Wirkungen der
Ferrit-Wulste L1 vernachlässigt
sind, Vo2 = Vo1 + Vf1 + Vns2 – Vf2
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Die in 5 gezeigte
Schaltung ist Vo2 = Vo1 + Vns2 – Vf2
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Wie es in dieser Formel zu sehen
ist, erleidet die in 5 gezeigte
Schaltung keine Wirkungen von Spannungsvariatio nen, die durch Änderungen
bei einem Strom der Gleichrichtungsdiode Ds1 bewirkt werden. Somit
kann die Spannungsgenauigkeit der zweiten Ausgangsspannung Vo2 weiter
verbessert werden.
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6 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bei dieser Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
ist eine Zener-Diode ZD2 mit dem Widerstand R4 in Reihe geschaltet.
Bei dieser Anordnung ist, nur wenn die Ausgangsspannung Vo2 erhöht ist, um
die Zener-Spannung Vz zu überschreiten,
das Steuerverhältnis
a der zweiten Ausgangsspannung Vo2: a = (Vo1 – Vz – Vr)R3/(VrR4)
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Durch eine geeignete Auswahl der
Zenerspannung Vz kann die Ausgangsstabilisierungssteuerung mit dem
oben beschriebenen Steuerverhältnis a
ausgeführt
werden, um zu verhindern, daß die
Ausgangsspannung ansteigt, nur wenn die zweite Ausgangsspannung
Vo2 eine vorbestimmte Spannung (Zener-Spannung) überschreitet. Wenn die Ausgangsspannung
Vo2 außerdem
geringer als die vorbestimmte Spannung (Zener-Spannung) ist, wird lediglich die erste
Ausgangsspannung Vo1 zu einer Stabilisierung gesteuert.
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7 und 8 zeigen Modifikationen der Schaltleistungsversorgungsvorrichtung
von 2. Das heißt, in 7 ist ein Kondensator C5
mit dem Induktor L in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung, die
den Kondensator C5, den Induktor L und die Primärwicklung T1 aufweist, ist
mit dem zweiten Schaltelement Q2 parallel geschaltet.
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Außerdem ist in 8 der Induktor L mit der Primärwicklung
T1 in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung, die den Kondensator
C5 und das zweite Schaltelement Q2 aufweist, ist mit dem ersten
Schaltelement Q1 parallel geschaltet.
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Auch bei diesen Modifizierungen ist
die Schaltoperation die gleiche, wie die in 2 gezeigte oben beschriebene Operation.
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Während
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi eines Ausführens der
hierin offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbereichs der
folgenden Ansprüche
befindlich betrachtet. Daher ist es klar, daß der Schutzbereich der Erfindung
nicht anderweitig begrenzt ist, als es in den Ansprüchen dargelegt
ist.