DD238126A1

DD238126A1 - Mehrspannungsschaltregler

Info

Publication number: DD238126A1
Application number: DD27710685A
Authority: DD
Inventors: Joachim Heinrich
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-06-04
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1986-08-06

Abstract

Mehrspannungsschaltregler, anwendbar in Stromversorgungsgeraeten fuer elektronische Einrichtungen, insbesondere wenn hochstabilisierte Ausgangsspannungen kleiner Leistung benoetigt werden. Mit dem erfindungsgemaessen Mehrspannungsschaltregler koennen bei geringer Verlustleistung alle Ausgangsspannungen gleichwertig hochstabilisiert werden. Der Mehrspannungsschaltregler besteht aus einem Uebertrager, dessen primaerseitige Energiezufuhr mit einem Schaltregler geregelt wird, mehreren Gleichrichterschaltungen zur Gleichrichtung, Glaettung und Stabilisierung der Sekundaerspannungen des Uebertragers und einer Ansteuerschaltung. Diese oeffnet den Schaltregler, in Abhaengigkeit von der Spannung, die ueber einen der zur Stabilisierung einer Ausgangsspannung verwendeten Laengsregler abfaellt. Geschlossen wird der Schaltregler in Abhaengigkeit der Frequenz eines zur Ansteuerschaltung gehoerenden Taktgenerators. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet

Die Erfindung ist in Stromversorgungsgeräten für elektronische Einrichtungen anwendbar, insbesondere wenn hochstabilisierte Ausgangsspannungen kleiner Leistungen benötigt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Betreiben elektronischer Geräte werden häufig mehrere Betriebsspannungen benötigt. Aufgrund des relativ hohen Wirkungsgrades von Schaltreglern werden sie meistens für die Aufbereitung dieser Betriebsspannungen verwendet.

Bei kleinen kostengünstigen elektronischen Geräten ist aufgrund der relativ hohen Fertigungskosten und der relativ großen Empfindlichkeit gegenüber Lastschwankungen der Einsatz von Einzelspannungsschaltreglern nicht immer ökonomisch vertretbar. Ebenfalls verschlechtert sich der Wirkungsgrad mit kleiner werdenden Ausgangsleistungen wesentlich, da die Verlustleistung von Schaltreglern relativ unabhängig von den Ausgangsparametern ist.

Um diese Mängel zu vermeiden, wurden Mehrspannungsschaltregler entwickelt. Durch das Zusammenfassen der relativ kleinen Einzelleistungen und ihre Umsetzung in einem Schaltregler wird die übertragene Gesamtleistung im Schaltregler vergrößert, so daß sich der Gesamtwirkungsgrad verbessert. In der PS-DE 2544006 wird ein Mehrspannungsschaltregler vorgestellt, bei dem eine Ausgangsspannung durch die Beeinflussung des Schaltelements stabilisiert wird. Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß die Stabilisierung nur indirekt über den magnetischen Fluß erfolgt und sehr stark vom Lastwiderstand der stabilisierenden Ausgangsspannung abhängt.

Um diesen Mangel abzubauen wird in der PS-DD 223450 vorgeschlagen, die indirekt stabilisierten Ausgangsspannungen durch nachgeschaltete stetig geregelte Stabilisatoren zusätzlich zu stabilisieren, wobei die Ausgangsspannungen über eine gemeinsame Referenzspannungsquelle synchronisiert werden.

Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Wirkungsgrad und der Reglungsbereich der stetig geregelten Stabilisatoren vom Lastwiderstand abhängt, welcher mit dem Ausgang verbunden ist, an dem die direkt stabilisierte Ausgangsspannung anliegt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand einen Mehrspannungsschaltregler mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad für hochstabilisierte Ausgangsspannungen kleiner Leistung zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrspannungsschaltregler zu entwickeln, der mit geringer Verlustleistung alle Ausgangsspannungen relativ unabhängig von Eingangsspannungsschwankungen gleichwertig stabilisiert. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Mehrspannungsschaltregler bestehend aus einem Schaltelement und einem Übertrager mit mindestens zwei Sekundärwicklungen, denen Gleichrichterschaltungen nachgeordnet sind, die Gleichrichterdioden, Glättungskondensatoren und Längsregler enthalten dadurch gelöst, daß der Eingang und der Ausgang von einem Längsregler mit jeweils einem Eingang eines Komperators verbunden sind, dessen Ausgang über einen Trigger und eine galvanische Trennung mit dem Rücksetzeingang eines bistabilen Multivibrators und dem ersten Eingang einer Steuerlogik verknüpft ist, daß ein Taktgenerator vorhanden ist, dessen Ausgang am zweiten Eingang der Steuerlogik anliegt, daß der Ausgang der Steuerlogik mit dem Setzeingang des Multivibrators verbunden ist, und daß dessen Ausgang eine Verbindung mit dem Steuereingang des Schaltelementes aufweist.

Dadurch, daß die Änderung jeder Ausgangslast auf die primärseitige Energiezufuhr des Übertragers zurückgekoppelt wird und somit die Sekundärspannungen geregelt werden, ist es möglich, die Verlustleistungen der Längsregler klein zu halten. Somit erreicht man einen hohen Gesamtwirkungsgrad, ohne auf die Vorteile von stetig geregelten Stabilisatoren verzichten zu müssen. Da die Ausgangsspannungen alle gleichartig stabilisierte Sekundärspannungen des Übertragers sind, ist die Qualität der Stabilisierung für alle Ausgangsspannungen gleich.

Eine Besonderheit gegenüber allen bekannten Mehrspannungsschaltreglem ist, daß die impulsbreitenmodulierte Reglung der Spannungsabfälle, die die Ausgangsspannungen stabilisieren, über die Längsregler erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mehrspannungsschaltreglers.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 sind alle wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Mehrspannungsschaltreglers enthalten. Durch den Übertrager 1 ist der Mehrspannungsschaltregler galvanisch getrennt in einen Primärstromkreis und mehrere Sekundärstromkreise, entsprechend den gewünschten Ausgangsspannungen. Im Ausführungsbeispiel weist der Übertrager 1 drei Sekundärwicklungen und somit entsprechend drei Sekundärstromkreise auf.

Im Primärstromkreis befinden sich zwischen den beiden Eingangsklemmen, über denen die Eingangsspannung U₃ anliegt, das Schaltelement 2 und die Primärwicklung 3 des Übertragers 1. Der Primärwicklung 3 ist zum Schließen des Primärstromkreises bei geöffnetem Schaltelement 2 eine Freilaufwicklung 4 und eine Freilaufdiode 5 parallel geschaltet.

Die einzelnen Sekundärstromkreise sind in der Art und der Anordnung der verwendeten Bauelemente gleich. Sie unterscheiden sich in ihrer Dimensionierung.

Hinter der Sekundärwicklung 6 des Übertragers 1 ist die Diode 7 zur Gleichrichtung der Sekundärspannung angeschlossen. Die Anschlußrichtung der Diode 7 hängt von der Polarität der jeweils geforderten Ausgangsspannung ab. Der Eingahgsglättungskondensator 8 ist mit der Diode 7 und der Sekundärwicklung 6 verschaltet. Diesem folgt der Längsregler 9, an dessen Ausgang der Ausgangsglättungskondensator 10 und der Lastwiderstand 11 angeordnet sind.

Am Eingang und am Ausgang eines des in den Sekundärstromkreisen befindlichen Längsreglers, z. B. des Längsreglers 9, sind die beiden Eingänge des Komperators 12 angeschlossen. Der Ausgang des Komperators 12 liegt am Eingang des Triggers 13, dessen Ausgang mit dem Eingang einer galvanischen Trennung 14, welche z.B. ein Optokoppler sein kann, verbunden ist.

Ausgangsseitig ist die galvanische Trennung 14 mit dem Rücksetzeingang eines bistabilen Multivibrators 15 und dem ersten Eingang einer Steuerlogik 16 verknüpft. Der zweite Eingang der Steuerlogik 16 ist mit einem Taktgenerator 17 und sein Ausgang ist mit dem Setzeingang des bistabilen Multivibrators 15 verschaltet. Der Ausgang des bistabilen Multivibrators 15 liegt am Steuereingang des Schaltelementes 2 an.

Nach dem Anlegen der Eingangsspannung wird das Schaltelement 2 geschlossen und es fließt durch die Primärwicklung 3 des Übertragers 1 ein Strom, der in allen Sekundärwicklungen Spannungen induziert, die über die jeweils nachgeordneten Längsregler stabilisiert werden. Wenn der Spannungsabfall über dem Längsregler 9, dessen Ein- und Ausgang mit dem Komperator 12 verbunden sind, einen bestimmten Wert, die Triggerschwelle, überschreitet, kippt der Trigger 13 um und setzt den bistabilen Multivibrator 15 zurück, wodurch das Schaltelement 2 wieder geöffnet wird und die Eingangsspannung am Längsregler 9 wieder absinkt. Der Trigger 13 kippt zurück und der nachfolgende Impuls des Taktgenerators 17 schaltet über die Steuerlogik 16 das Schaltelement 2 wieder ein, wodurch der Vorgang von neuem beginnt.

Wenn eine der Ausgangslasten vergrößert wird, sinken alle Sekundärspannungen entsprechend ihrem Wicklungsverhältnis ab, das heißt, daß sich die Zeit bis zum Abschalten des Schaltelementes 2 vergrößert. Dadurch wird die Energiezufuhr zur Primärseite des Übertragers 1 vergrößert und die Sekundärspannungen werden wieder vergrößert.

Wird eine Ausgangslast verringert, steigen die Sekundärspannungen an und die Energiezufuhr zur Primärseite des Übertragers 1 wird geringer, wodurch die Sekundärspannungen wieder absinken.

Claims

Erfindungsanspruch:

Mehrspannungsschaltregler bestehend aus einem Schaltelement und einem Übertrager mit mindestens zwei Sekundärwicklungen, denen Gleichrichterschaltungen nachgeordnet sind, die Gleichrichterdioden, Glättungskondensatoren und Längsregler enthalten, gekennzeichnet dadurch, daß der Eingang und der Ausgang von einem der Längsregler mit jeweils einem Eingang eines Komperators verbunden sind, dessen Ausgang über einen Trigger und eine galvanische Trennung mit dem Rücksetzeingang eines bistabilen Multivibrators und dem ersten Eingang einer Steuerlogik verknüpft ist, daß ein Taktgenerator vorhanden ist, dessen Ausgang am zweiten Eingang der Steuerlogik anliegt, daß der Ausgang der Steuerlogik mit dem Setzeingang des Multivibrators verbunden ist und daß dessen Ausgang eine Verbindung mit dem Steuereingang des Schaltelements aufweist.