DE10061738A1

DE10061738A1 - DC/DC-Wandler

Info

Publication number: DE10061738A1
Application number: DE2000161738
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Neuhaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen DC/DC-Wandler zum Umwandeln einer Eingangsspannung in eine vorgegebene Sollspannung mit einer Wandlergrundeinheit, die bei eingangsseitiger Beaufschlagung mit der Eingangsspannung ausgangsseitig eine Ausgangsspannung erzeugt, einer die Ausgangsspannung überwachenden Steuereinrichtung, die die Wandlergrundeinheit derart ansteuert, dass diese als Ausgangsspannung die vorgegebene Sollspannung abgibt, und einem eingangsseitig mit der Eingangsspannung beaufschlagten und ausgangsseitig mit einem Spannungsversorgungseingang der Steuereinrichtung verbundenen Linearregler, der in der Anlaufphase nach einem Inbetriebnehmen des DC/DC-Wandlers die Steuereinrichtung mit Versogungsspannung zu deren Betrieb versorgt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein besonders großer Wirkungsgrad erreicht, wenn die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie nach Beendigung der Anlaufphase den Linearregler deaktiviert und als Versorgungsspannung die Ausgangsspannung der Wandlergrundeinheit verwendet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen DC/DC-Wandler zum Umwan deln einer Eingangsspannung in eine vorgegebene Sollspannung mit einer Wandlergrundeinheit, die bei eingangsseitiger Be aufschlagung mit der Eingangsspannung ausgangsseitig eine Ausgangsspannung erzeugt, einer die Ausgangsspannung überwa chenden Steuereinrichtung, die die Wandlergrundeinheit derart ansteuert, dass diese als Ausgangsspannung die vorgegebene Sollspannung abgibt, und einem eingangsseitig mit der Ein gangsspannung beaufschlagten und ausgangsseitig mit einem Spannungsversorgungseingang der Steuereinrichtung verbundenen Linearregler, der in der Anlaufphase nach einem Inbetriebneh men des DC/DC-Wandlers die Steuereinrichtung mit Versorgungs spannung zu deren Betrieb versorgt.

Ein derartiger DC/DC-Wandler ist in einem unter dem Produkt namen "Profiset 71" vertriebenen Telekommunikationsgerät der Siemens AG enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen DC/DC-Wand lern mit einem besonders großen Wirkungsgrad anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem DC/DC-Wandler der eingangs ange gebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuer einrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie nach Beendigung der Anlaufphase den Linearregler deaktiviert und als Versor gungsspannung die Ausgangsspannung der Wandlergrundeinheit verwendet.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers besteht darin, dass bei diesem der Linearregler nach dem Ab schluss der Anlaufphase abgeschaltet wird und statt der von dem Linearregler bereitgestellten Versorgungsspannung die Ausgangsspannung der Wandlergrundeinheit zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der Steuereinrichtung herangezogen wird; denn Verluste, die durch den Linearregler zwangsläufig verur sacht werden, werden bei dem erfindungsgemäßen DC/DC-Wandler nach Abschluss der Anlaufphase nämlich zuverlässig vermieden, da der Linearregler deaktiviert wird.

Eine zusätzliche Verbesserung des Wirkungsgrades wird bei der DC/DC-Wandlung erfindungsgemäß dann erreicht, wenn die Steu ereinrichtung nach Abschluss der Anlaufphase die Wandler grundeinheit mit einem getakteten bzw. gepulsten Steuersignal ansteuert; denn dadurch wird die Ansteuerung der Wandler grundeinheit von der "Linearregler-Ansteuerung" in der An laufphase zu der besonders verlustarmen "DC/DC-Wandleransteu erung" überführt.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen DC/DC-Wand lers ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Linearregler durch die Wandlergrundeinheit und eine die Wandlergrundein heit ansteuernde Anlaufschaltung gebildet ist und die Steuer einrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie nach Beendigung der Anlaufphase die Anlaufschaltung deaktiviert. Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers benutzt der Linearregler die Wandlergrundeinheit mit, so dass auf die entsprechenden Bauelemente beim Linearregler verzichtet wer den kann. Der DC/DC-Wandler gemäß dieser Weiterbildung ist wegen seiner reduzierten Bauelementeanzahl daher besonders kostengünstig.

Die Funktion der Steuereinrichtung läßt sich besonders kos tengünstig durch einen Mikroprozessor erzielen, so dass es als vorteilhaft angesehen wird, wenn die Steuereinrichtung durch einen Mikroprozessor gebildet ist.

Um sicherzustellen, dass eine Fehlfunktion der Steuereinrich tung zu keiner unzulässig hohen Ausgangsspannung der Wandler grundeinheit führen kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Anlaufschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie nach der Deaktivierung durch die Steuereinrichtung als eine Schutzeinrichtung wirkt, die die Ausgangsspannung der Wand lergrundeinheit begrenzt, falls die Ausgangsspannung eine vorgegebene Maximalspannung überschreitet.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Tele kommunikationsgerät mit einem DC/DC-Wandler anzugeben, der einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Telekom munikationsgerät gemäß Anspruch 5.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Telekommuni kationsgerätes ist vorgesehen, dass das Telekommunikationsge rät einen Mikroprozessor zur Steuerung der Telekommunika tionsfunktionen des Telekommunikationsgerätes aufweist; denn Mikroprozessoren sind zur Steuerung von Telekommunikationsge räten hervorragend geeignet.

Um die Anzahl der Bauelemente bei dem erfindungsgemäßen Tele kommunikationsgerät so gering wie möglich zu halten, ist er findungsgemäß vorgesehen, dass der Mikroprozessor des Tele kommunikationsgerätes die Steuereinrichtung des DC/DC-Wand lers bildet.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein erstes Ausführungsbei spiel des erfindungsgemäßen Telekommunikationsge räts mit dem erfindungsgemäßen DC/DC-Wandler,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für ein zweites Ausführungsbei spiel des erfindungsgemäßen Telekommunikationsge räts mit dem erfindungsgemäßen DC/DC-Wandler,

Fig. 3 einen elektrischen Schaltplan im Detail für das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 und

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf eines getakteten Rechteck signals, mit dem ein in dem erfindungsgemäßen Tele kommunikationsgerät gemäß den Fig. 1, 2 und 3 enthaltener Mikroprozessor eine Wandlergrundeinheit des Telekommunikationsgerätes ansteuert.

Die Fig. 1 zeigt ein Telekommunikationsgerät 5 mit einer Wandlergrundeinheit 10. Diese Wandlergrundeinheit 10 ist an ihrem Eingang E10 mit einer Telefonnetzgleichspannung eines Telefonnetzes 11 als Eingangsspannung Ue beaufschlagt. Ue kann beispielsweise 40 V betragen. An ihrem Ausgang A10 ist der Wandlergrundeinheit 10 ein Mikroprozessor 15 als Steuer einrichtung nachgeschaltet. Konkret ist der Ausgang A10 der Wandlergrundeinheit 10 mit einem Eingang E15 des Mikroprozes sors 15 verbunden. Der Mikroprozessor 15 ist ausgangsseitig, und zwar an einem Steuerausgang S15a, an einen Steuereingang S10 der Wandlergrundeinheit 10 angeschlossen. An einem weite ren Steuerausgang S15b ist dem Mikroprozessor 15 ein Steuer eingang S20 eines Linearreglers 20 nachgeordnet. Dieser Line rarregler 20 ist eingangsseitig - an einem Eingang E20 - mit der Telefonnetzgleichspannung Ue beaufschlagt. Mit seinem Ausgang A20 ist der Linearregler 20 an einen Spannungsversorgungseingang U15 des Mikroprozessors 15 angeschlossen. Der Mikroprozessor 15 weist einen Ausgang A15 auf, an den sons tige zum Betrieb des Telekommunikationsgerätes 5 erforder liche Betriebseinrichtungen 25 an den Mikroprozessor ange schlossen sind. Die sonstigen Betriebseinrichtungen 25 weisen einen Betriebsspannungseingang V25 auf, der an den Ausgang A10 der Wandlergrundeinheit 20 angeschlossen ist.

Das Telekommunikationsgerät 5 gemäß der Fig. 1 wird wie folgt betrieben. Wird das Telekommunikationsgerät 5 an die Telefonnetzgleichspannung Ue angeschlossen, so wird der Line arregler 20 mit der Telefonnetzgleichspannung Ue beauf schlagt. Der Linearregler 20 gibt daraufhin an seinem Ausgang A20 eine Betriebsspannung Uv-Uv beträgt beispielsweise 5 V - ab, die zur Spannungsversorgung des Mikroprozessors 15 dient. Mit dieser Betriebsspannung Uv wird der Mikroprozessor 15 in Betrieb genommen.

Nach der Inbetriebnahme beginnt der Mikroprozessor 15, ein getaktetes Steuersignal St1 an den Steuereingang S10 der Wandlergrundeinheit 10 abzugeben. Mit diesem Steuersignal St1 wird die Wandlergrundeinheit 10 derart angesteuert, dass die Wandlergrundeinheit 10 mit der Telefonnetzgleichspannung Ue eine Ausgangsspannung Ua bildet, die beispielsweise 5 V be trägt und als Betriebsspannung zum Betrieb der sonstigen Be triebseinrichtungen 25 bzw. zum Betrieb des Telekommunika tionsgerätes 5 geeignet ist. Die Wandlergrundeinheit 10 und der Mikroprozessor 15 bilden dann also eine Art Regel schleife, die derart ausgestaltet ist, dass die Ausgangsspan nung Ua der Wandlergrundeinheit 10 einer vorgegebenen Soll spannung Usoll von beispielsweise Usoll = 5 V entspricht. Das getaktete Steuersignal St1 kann beispielsweise einen zeitli chen Verlauf aufweisen, wie er in der Fig. 4 gezeigt ist.

Sobald die Ausgangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 10 die vorgegebene Sollspannung Usoll aufweist, so ist die soge nannte Anlaufphase nach dem Anschluss des Telekommunikations gerätes 5 an das Telefonnetz 11 abgeschlossen. Wird dies von dem Mikroprozessor 15 durch Vergleich der Ausgangsspannung Ua mit einem der vorgegebenen Sollspannung Usoll entsprechenden, im Mikrorozessor 15 abgespeicherten Sollwert festgestellt, so erzeugt der Mikroprozessor 15 an seinem weiteren Steueraus gang S15b ein weiteres Steuersignal St2, durch das der Line arregler 20 abgeschaltet wird. Damit erzeugt der Linearregler 20 keine Betriebsspannung Uv mehr, mit der der Mikroprozessor 15 betrieben werden könnte. Mit der Abgabe des weiteren Steu ersignals St2 ist es damit erforderlich, dass der Mikropro zessor 15 zu seiner Spannungsversorgung die Ausgangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 10 bzw. die Sollspannung Usoll als Betriebsspannung verwendet.

Zusammengefasst bilden die Wandlergrundeinheit 10, der Line arregler 20 und der Mikroprozessor 15 einen DC/DC-Wandler, der das Telekommunikationsgerät 5 mit Betriebsspannung ver sorgt.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Telekommunikationsgerät mit einem DC/DC-Wandler. Konkret zeigt die Fig. 2 ein Telefonnetz 103, an das ein Telekommu nikationsgerät 105 mit einer Wandlergrundeinheit 110 ange schlossen ist. Diese Wandlergrundeinheit 110 bildet mit ihrem Eingang E110 einen Anschluss E105 des Telekommunikationsge räts 105; der Eingang E110 der Wandlergrundeinheit 110 ist mit einer Telefonnetzgleichspannung Ue des Telefonnetzes 103 als Eingangsspannung beaufschlagt. Ue kann beispielsweise 40 V betragen. An ihrem Ausgang A110 ist der Wandlergrundeinheit 110 ein Mikroprozessor 115 als Steuereinrichtung nachgeschal tet. Konkret ist der Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110 mit einem Messeingang M115 und mit einem Spannungsversor gungseingang U115 des Mikroprozessors 115 verbunden. Der Mik roprozessor 115 ist ausgangsseitig, und zwar mit einem Steu erausgang S115a, an einen Steuereingang S110a der Wandler grundeinheit 110 angeschlossen; außerdem ist ein weiterer Steuerausgang S115b des Mikroprozessors 115 mit einem Steuer eingang S120 einer Anlaufschaltung 120 verbunden. Die Anlauf schaltung 120 ist eingangsseitig - an einem Eingang E120a - an das Telefonnetz 103 angeschlossen und damit mit der Tele fonnetzgleichspannung Ue beaufschlagt. Mit einem weiteren Eingang E120b ist die Anlaufschaltung 120 an den Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110 angeschlossen. Mit ihrem Ausgang A120 steht die Anlaufschaltung 120 mit einem weiteren Steuer eingang S110b der Wandlergrundeinheit 110 in Verbindung.

Der Mikroprozessor 115 weist einen Ausgang A115 auf, an den sonstige zum Betrieb des Telekommunikationsgerätes 105 erfor derliche Betriebseinrichtungen 125 an den Mikroprozessor 115 angeschlossen sind. Die sonstigen Betriebseinrichtungen 125 sind zur Spannungsversorgung mit ihrem Eingang E125 mit dem Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110 verbunden.

Das Telekommunikationsgerät 105 gemäß der Fig. 2 wird wie folgt betrieben. Wird das Telekommunikationsgerät 105 an die Telefonnetzgleichspannung Ue angeschlossen, so wird die An laufschaltung 120 mit der Telefonnetzgleichspannung Ue beauf schlagt. Die Anlaufschaltung 120 gibt daraufhin an ihrem Aus gang A120 ein Steuersignal St1' ab; dieses Steuersignal St1' gelangt zur Wandlergrundeinheit 110 und steuert diese derart an, dass sie an ihrem Ausgang A110 eine Ausgangsspannung Ua von beispielsweise 5 V erzeugt. Mit dieser Ausgangsspannung Ua werden der Mikroprozessor 115 und die sonstigen Be triebseinrichtungen 125 in Betrieb genommen; die Ausgangs spannung Ua ist also die Betriebsspannung für den Mikropro zessor 115 und die sonstigen Betriebseinrichtungen 125.

Nach der Inbetriebnahme beginnt der Mikroprozessor 115, ein Abschaltsignal St2' an den Steuereingang S120 der Anlauf schaltung 120 abzugeben; dieses Abschaltsignal St2' schaltet die Anlaufschaltung 120 ab. Außerdem erzeugt der Mikroprozes sor 115 ein getaktetes Ersatz-Steuersignal St3' und steuert mit diesem die Wandlergrundeinheit 110 derart an, dass die Wandlergrundeinheit 110 aus der Telefonnetzgleichspannung Ue weiterhin die Ausgangsspannung Ua von beispielsweise 5 V bil det; mit dieser Ausgangsspannung Ua wird die Versorgung der sonstigen Betriebseinrichtungen 125 bzw. des Telekommunika tionsgerätes 105 mit Betriebsspannung kontinuierlich fortge setzt.

Die Wandlergrundeinheit 110 und der Mikroprozessor 115 bilden also nach Abschluss der Anlaufphase eine Art Regelschleife, die derart ausgestaltet ist, dass die Ausgangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 110 einer vorgegebenen Sollspannung Usoll = 5 V entspricht.

Die Anlaufschaltung 120 und die Wandlergrundeinheit 110 bil den eine Art Linearregler, der in der Anlaufphase nach der Inbetriebnahme des Telekommunikationsgerät 105 bzw. nach dem Anschluss des Telekommunikationsgeräts 105 an das Telefonnetz 103 den Mikroprozessor 115 mit Betriebsspannung versorgt und nach Abschluss der Anlaufphase von dem Mikroprozessor 115 de aktiviert wird.

Durch die Wandlergrundeinheit 110, die Anlaufschaltung 120 und den Mikroprozessor 115 wird ein DC/DC-Wandler gebildet, der die zum Betrieb des Telekommunikationsgerätes 105 erfor derliche Betriebsspannung erzeugt.

Die Fig. 3 zeigt das Telekommunikationsgerät 105 gemäß dem in der Fig. 2 erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel noch mals im Detail. Man erkennt die Wandlergrundeinheit 110, die mit ihrem Eingang E110 an das Telefonnetz 103 angeschlossen und damit mit der Telefonnetzgleichspannung Ue beaufschlagt ist. Außerdem erkennt man die Anlaufschaltung 120, die mit ihrem einen Eingang E120a ebenfalls an das Telefonnetz 103 angeschlossen und damit ebenfalls mit der Telefonnetzgleich spannung Ue beaufschlagt ist. Im Unterschied zur Darstellung in der Fig. 2 ist in der Fig. 3 zusätzlich eine Verpolungs schutzschaltung 300 gezeigt, die elektrisch zwischen dem Te lefonnetz 103 und der Wandlergrundeinheit 110 bzw. der An laufschaltung 120 liegt. Die Verpolungsschutzschaltung 300 ist durch zwei Dioden 305 und 310 gebildet und hat die Funk tion, einen Defekt des Telekommunikationsgerätes 105 durch einen Anschluss des Gerätes mit verkehrter Polung zu vermei den. Durch die Dioden 305 und 310 wird die Telefonnetzgleich spannung Ue geringfügig (etwa 1,4 V) reduziert, was aber in der Fig. 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt ist.

Die Wandlergrundeinheit 110 weist an ihrem Eingang E110 einen Kondensator C1 auf, der mit seinem "+"-Anschluss an den Ein gang E110 angeschlossen ist. Der "-"-Anschluss des Kondensa tors C1 liegt auf Masse. An den Eingang E110 ist außerdem ein pnp-Transistor T1 mit seinem Emitter-Anschluss angeschlossen. Der Kollektor-Anschluss des pnp-Transistors T1 ist mit dem Kathoden-Anschluss einer Schottky-Diode verbunden, deren Anoden-Anschluss auf Masse liegt. Der Basis-Anschluss des pnp- Transistors T1 ist über einen Widerstand R1 mit dem Eingang E110 der Wandlergrundeinheit 110 sowie über einen zweiten Wi derstand R2 mit dem Kollektoranschluss eines ersten npn-Tran sistors T2 verbunden. Der Basis-Anschluss dieses ersten npn- Transistors T2 bildet den weiteren Steuereingang S110b der Wandlergrundeinheit 110; der Basis-Anschluss des ersten npn- Transistors T2 ist darüber hinaus an einen Anschluss eines dritten Widerstands R3 angeschlossen, dessen anderer An schluss den einen Steuereingang S110a der Wandlergrundeinheit 110 bildet.

Der Kollektor-Anschluss des pnp-Transistors T1 ist außerdem mit einem Anschluss einer Induktivität verbunden, deren ande rer Anschluss an den "+"-Anschluss eines zweiten Kondensators C2 angeschlossen ist. Der "-"-Anschluss des zweiten Kondensa tors C2 liegt auf Masse. Der "+"-Anschluss des zweiten Kon densators C2 sowie der andere Anschluss der Induktivität bil den den Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110.

Die Anlaufschaltung 120 weist an ihrem einen Eingang E120a einen vierten Widerstand R4 auf; der eine Anschluss dieses vierten Widerstands R4 ist mit dem einen Eingang E120a der Anlaufschaltung 120 verbunden. Der andere Anschluss des vier ten Widerstands R4 bildet den Ausgang A120 der Anlaufschal tung 120; gleichzeitig ist der andere Anschluss des vierten Widerstands R4 mit dem Kollektor-Anschluss eines zweiten npn- Transistors T3 verbunden, dessen Emitter-Anschluss auf Masse liegt. Der Basis-Anschluss des zweiten npn-Transistors T3 ist mit einem Anschluss eines fünften Widerstands R5 und mit ei nem Anschluss eines sechsten Widerstands R6 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands R6 liegt auf Masse; der an dere Anschluss des Widerstands R5 bildet den weiteren Eingang E120b der Anlaufschaltung 120 und ist an den Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110 angeschlossen und somit mit der Aus gangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 110 beaufschlagt.

An den weiteren Eingang E120b der Anlaufschaltung 120 ist außerdem eine Zener-Diode bzw. Z-Diode 21 mit ihrem Kathoden- Anschluss angeschlossen; der Anoden-Anschluss der Zener-Diode 21 steht mit dem Basis-Anschluss des zweiten npn-Transistors T3 sowie mit einem Anschluss eines siebten Widerstands R7 in Verbindung. Der andere Anschluss des siebten Widerstands R7 bildet den Steuereingang 5120 der Anlaufschaltung 120.

Mit dem Steuereingang 5120 der Anlaufschaltung 120 ist der weitere Steuerausgang S115b des Mikroprozessors 115 verbun den; dieser weitere Steuerausgang S115b ist durch einen An schluss P1 eines Mikrorechners 350 gebildet. Ein weiterer An schluss P2 des Mikrorechners 350 bildet den einen Steueraus gang S115a des Mikroprozessors 115. Ein dritter Anschluss P3 des Mikrorechners 350 ist mit einem durch zwei Widerstände R8 und R9 gebildeten Spannungsteiler verbunden. Der eine der beiden Widerstände R8 bildet den Messeingang M115 des Mikro prozessors 115. Zur Spannungsversorgung ist der Mikrorechner 350 mit einem Spannungseingang U350 mit dem Spannungsversor gungseingang U115 des Mikrorechners 115 und damit mit dem Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110 verbunden.

Das Telekommunikationsgerät 105 gemäß der Fig. 3 funktio niert wie folgt:
Wird das Telekommunikationsgerät 105 an das Telefonnetz 103 angeschlossen, so liegt an dem Mikrorechner 350 noch keine Spannung an, die den Mikrorechner 350 in Betrieb setzen könnte; denn die Ausgangsspannung Ua ist an dem zweiten Kondensator C2 zunächst einmal gleich 0 V. Dies bedeutet, dass der Mikrorechner an seinem ersten Eingang P1 und an seinem zweiten Eingang P2 hochohmig ist.

Nach Anschluss des Telekommunikationsgeräts 105 wird der Kon denstor C1 mit der Eingangsspannung Ue = 40 V beaufschlagt und aufgeladen. Gleichzeitig fließt ein Strom 11 über den vierten Widerstand R4 und die Basis-Emitter-Strecke des ersten npn-Transistors T2 zum Masse-Anschluss. Durch diesen Strom 11 wird der erste npn-Transistors T2 durchgeschaltet, so dass durch den ersten Widerstand R1 und zweiten Widerstand R2 ein Strom 12 zu fließen beginnt. Dieser Strom 12 führt zu einem Spannungsabfall über dem ersten Widerstand R1, so dass der pnp-Transistor T1 durchschaltet und den zweiten Kondensa tor C2 über die Induktivität auflädt. Die Ausgangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 110 steigt damit an.

Da die Ausgangsspannung Ua auch an dem weiteren Eingang E120b der Anlaufschaltung 120 anliegt, steigt auch der Spannungsab fall an dem sechsten Widerstand R6 an. Der fünfte Widerstand R5 und der sechste Widerstand R6 stehen in einem Verhältnis von R5/R6 = 4,3 V/0,7 V = 6,1 zueinander; beispielsweise kann der fünfte Widerstand R5 = 6,1 KΩ und der sechste Wi derstand R6 = 1 KΩ betragen. Diese Dimensionierung der Wi derstände R5 und R6 führt dazu, dass - sobald die Ausgangs spannung Ua der Wandlergrundeinheit 110 den Sollwert von 5 V erreicht hat - der zweite npn-Transistor T3 durchschaltet. Da die Kollektor-Emitter-Spannung des zweiten npn-Transistors T3 bei durchgeschaltetem Transistor lediglich ca. 0,2 V beträgt, wird damit die Basis-Emitter-Spannung des ersten npn-Transis tors T2 auf 0,2 V "heruntergezogen", wodurch der zweite npn- Transistors T2 in den Sperrzustand gelangt. Damit kann über den ersten und zweiten Widerstand R1 und R2 kein Strom mehr fließen, so dass auch der pnp-Transistor T1 sperrt; der Lade vorgang des zweiten Kondensators C2 wird also bei Erreichen der Sollspannung von 5 V abbrechen.

Sobald die Ausgangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 110 den Sollwert von 5 V wieder unterschreitet, reicht der Span nungsabfall über dem sechsten Widerstand R6 nicht mehr aus, um den zweiten npn-Transistor T3 durchzuschalten. Dies bedeu tet, dass der zweite npn-Transistor T3 sperren wird. Damit steigt der Spannungsabfall über der Basis-Emitter-Strecke des ersten npn-Transistors T2 an, wodurch der erste npn-Transis tors T2 wieder durchschaltet. Dadurch fließt durch den ersten Widerstand R1 und den zweiten Widerstand R2 wieder der Strom I2; der pnp-Transistor schaltet durch und der zweite Konden sator C2 wird über die Induktivität nachgeladen. Die Aus gangsspannung Ua der Wandlergrundeinheit 110 steigt damit wieder an.

Der durch den zweiten npn-Transistor T3 gesteuerte Strom 11 entspricht damit dem Steuersignal St1' gemäß der Fig. 1.

Durch die Anlaufschaltung 120 und die Wandlergrundeinheit 110 wird also ein Linearregler gebildet, der aus der Eingangs spannung Ue von 40 V eine kleinere Ausgangsspannung Ua von ca. 5 V bildet. Ein wesentlicher Nachteil dieses Linearreg lers besteht darin, dass der Spannungsabfall über dem als Längsreglertransistor arbeitenden pnp-Transistor T1 der Dif ferenz zwischen der Eingangsspannung Ue und der Ausgangsspan nung Ua der Wandlergrundeinheit 110 entspricht und damit ca. 35 V (40 V - 5 V) beträgt. Dadurch entsteht eine erhebliche elektrische Verlustleistung in dem pnp-Transistor T1; denn der gesamte Betriebsstrom des Telekommunikationsgerätes 105 fließt über diesen pnp-Transistor T1. Somit ist die in dem pnp-Transistor T1 umgesetzte Verlustleistung ca. 7-mal größer als die vom Telekommunikationsgerät 105 tatsächliche benö tigte Nutzleistung. Darüber hinaus ist bei diesem Linearreg ler nachteilig, dass der vierte Widerstand R4 bei jedem Lade zyklus einen Spannungsabfall von ca. 40 V - 0,7 V (Basis-Emit ter-Spannung des ersten npn-Transistors T2) aufbauen muss, was zu elektrischer Verlustleistung in diesem Widerstand R4 führt. Um diese Verluste bzw. Nachteile zu vermeiden, wird die Anlaufschaltung 120 abgeschaltet; dies wird nun im Detail beschrieben:
Sobald an dem Ausgang A110 der Wandlergrundeinheit 110 die Ausgangsspannung Ua den Sollwert von 5 V erreicht hat, be ginnt der Mikrorechner 350 zu arbeiten; denn die Ausgangs spannung Ua liegt auch an dem Spannungsversorgungseingang U115 des Mikroprozessors 115 an. Der Mikrorechner 350 ist nun so ausgestaltet, dass seine beiden Anschlüsse P1 und P2 nie derohmig werden und Masse-Potential aufweisen.

Bezüglich des zweiten Anschlusses P2 führt dies dazu, dass der Strom 11 nun nicht mehr über die Basis-Emitter-Strecke des ersten npn-Transistors T2, sondern über den dritten Wi derstand R3 und den zweiten Anschluss P2 des Mikrorechners 350 zur Masse abfließt; dies liegt konkret an der Dimensio nierung des dritten und des vierten Widerstands R3 bzw. R4 zueinander: Der Widerstandswert R4 ist ca. 100 mal größer als der Widerstandswert R3, so dass bei einer Eingangsspannung von 40 V der Spannungsabfall über dem dritten Widerstand R3 niemals größer als 0,4 V sein kann; dies bedeutet, dass der Stromfluss 11 zu keinem Durchschalten des ersten npn-Transis tors T2 mehr führen kann. Die Anlaufschaltung ist also durch das "Niederohmig Werden" des Mikrorechners 350 deaktiviert bzw. wirkungslos geschaltet. Die weitere Ansteuerung des ersten npn-Transistors T2 bzw. der Wandlergrundeinheit 110 muss nun durch den Mikrorechner 350 erfolgen, damit der zweite Kondensator C2 zyklisch nachgeladen werden kann.

Die weitere Ansteuerung der Wandlergrundeinheit 110 erfolgt nun durch den Mikrorechner 350: Konkret erzeugt der Mikro rechner 350 an seinem zweiten Anschluss P2 ein getaktetes Rechtecksignal R(t) als getaktetes Ersatz-Steuersignal Str. Mit diesem Rechtecksignal R(t) wird der erste npn-Transistor T2 und der pnp-Transistor T1 entweder "voll" durchgeschaltet oder vollständig gesperrt. Damit beträgt die Emitter-Kollek tor-Spannung am pnp-Transistor entweder 35 V im Sperrzustand oder ca. 0,2 V im durchgeschalteten Zustand. Eine Emitter- Kollektor-Spannung von 35 V bei Laststrom, wie sie bei der Ansteuerung durch die Anlaufschaltung 120 auftritt, wird bei der Ansteuerung durch den Mikrorechner 350 also vermieden. Im durchgeschalteten Zustand des pnp-Transistors T1 fällt die Differenzspannung Ue - Ua ≈ 35 V damit über der Induktivität ab, die als Energiespeicher wirkt. Die in der Induktivität zwi schengespeicherte Energie wird während des Sperrzustands des pnp-Transistors T1 mit Hilfe der Schottky-Diode zum Aufladen des zweiten Kondensators C2 genutzt. Durch den pnp-Transistor T1 wird also im Falle der Ansteuerung durch den Mikroprozes sor 115 - im Gegensatz zur Ansteuerung durch die Anlaufschal tung 120 - quasi keine Verlustleistung mehr erzeugt.

Die Ausgangsspannung Ua überwacht der Mikrorechner 350 an seinem dritten Anschluss P3 (einem Anschluss mit A/D-Wand lung), und er steuert die Wandlergrundeinheit 110 entspre chend an: Bei einer zu geringen Ausgangsspannung (Ua < 5 V) verändert der Mikrorechner das getaktete Rechtecksignal R(t) derart, dass die Ausgangsspannung Ua ansteigt, z. B. durch Re duzieren der Periodendauer T bei fester Pulsbreite B und/oder durch Erhöhen der Pulsbreite B bei konstanter Periodendauer T (vgl. Fig. 4). Bei einer zu großen Ausgangsspannung (Ua < 5 V) verändert der Mikrorechner das getaktete Rechtecksignal R(t) derart, dass die Ausgangsspannung Ua sinkt, z. B. durch Erhöhen der Periodendauer T bei fester Pulsbreite B und/oder durch Reduzieren der Pulsbreite B bei konstanter Perioden dauer T.

Nachfolgend soll nun beschrieben werden, wie verhindert wird, dass der zweite npn-Transitor T3 bei einer Ausgangsspannung Ua von 5 V durchschaltet und damit die Ansteuerung der Wand lergrundeinheit 110 durch den Mikroprozessor 115 stört. Bei einem Durchschalten des zweiten npn-Transitors T3 würde näm lich das Potential an der Basis des ersten npn-Transitors T2 stets nur noch ca. 0,2 V betragen, wodurch eine Ansteuerung des ersten npn-Transitors T2 durch den Mikroprozessor 115 nicht mehr richtig möglich wäre.

Das Durchschalten des zweiten npn-Transitors T3 verhindert der Mikrorechner 350 selbst, indem er nämlich seinen ersten Anschluss P1 "niederohmig" macht und auf ein Potential von 0 V legt. Dies führt dazu, dass der siebente Widerstand R7 und der sechste Widerstand R6 nunmehr parallel liegen und beide mit Masse verbunden sind. Durch dieses Parallelschalten pas siert Folgendes:

1. Situation "vor dem Parallelschalten"

Wie bereits oben ausgeführt, bilden der fünfte Widerstand R5 und der sechste Widerstand R6 vor dem Parallelschalten einen Spannungsteiler, der so bemessen ist, dass der zweite npn- Transistor T3 durchschaltet, sobald Ua einen Schwellenwert von 5 V überschreitet; dies bedeutet, dass gelten muss:

R5/R6 = (5 V - 0,7 V)/0,7 V = 6,1

z. B. R5 = 6,1 KΩ, R6 = 1 KΩ

2. Situation "nach dem Parallelschalten"

Nach dem Parallelschalten schaltet der zweite npn-Transistor T3 erst bei einer deutlich größeren Ausgangsspannung Ua durch; konkret schaltet der zweite npn-Transistor T3 durch, wenn seine Basis-Emitter-Spannung Ube größer ist als 0,7 V:

Ube = Ua.(R6||R7)/((R6||R7) + R5) < 0,7 V

Für R7 = 4 KΩ und R6 = 1 KΩ gilt damit:

Ua < 0,7 V/(0,8 KΩ/(0,8 KΩ + 6,1 KΩ) < 6 V

Nach dem Parallelschalten wird also der zweite npn-Transistor T3 erst ab einer Ausgangsspannung Ua von 6 V durchgeschaltet, so dass bei einem Überwachen und Regeln der Ausgangsspannung Ua durch den Mikrorechner 350 die Anlaufschaltung 120 quasi vollständig deaktiviert ist. Ganz vollständig ist die Anlauf schaltung 120 jedoch nicht deaktiviert; denn sie garantiert, dass im Falle einer Fehlfunktion des Mikrorechners 350 keine zu hohe Ausgangsspannung Ua < 6 V entstehen kann; denn bei einer Ausgangsspannung von Ua < 6 V schaltet der zweite npn- Transistor T3 durch, so dass ein weiteres Nachladen des zwei ten Kondensators C2 verhindert wird.

Das "Niederohmig Werden" des ersten Anschlusses P1 des Mikro rechners 350 entspricht also dem Abschaltsignal St2' gemäß der Fig. 2.

Abschließend soll nun noch die Funktion der Zenerdiode 21 er läutert werden: Die Zenerdiode 21 weist eine Durchbruchspannung von beispielsweise 6,2 V auf und garantiert einen zu sätzlichen Schutz. Steigt nämlich die Ausgangsspannung Ua über einen Wert von 6,9 V an, so steigt die Basis-Emitter- Spannung Ube des zweiten npn-Transistors T3 auf 0,7 V, was zum Durchschalten des zweiten npn-Transistors T3 und damit zu einer Begrenzung der Ausgangsspannung Ua auf diesen Wert von 6,9 V führt.

Claims

1. DC/DC-Wandler zum Umwandeln einer Eingangsspannung (Ue) in eine vorgegebene Sollspannung (Usoll) mit
einer Wandlergrundeinheit (10, 110), die bei eingangssei tiger Beaufschlagung mit der Eingangsspannung (Ue) aus gangsseitig eine Ausgangsspannung (Ua) erzeugt,
einer die Ausgangsspannung (Ua) überwachenden Steuerein richtung (15, 115), die die Wandlergrundeinheit (10, 110) derart ansteuert, dass diese als Ausgangsspannung (Ua) die vorgegebene Sollspannung (Usoll) abgibt, und
einem eingangsseitig mit der Eingangsspannung (Ue) beauf schlagten und ausgangsseitig mit einem Spannungsversor gungseingang (U15, U115) der Steuereinrichtung (15, 115) verbundenen Linearregler (20, 130), der in der Anlaufphase nach einem Inbetriebnehmen des DC/DC-Wandlers die Steuer einrichtung (115) mit Betriebsspannung (Uv) zu deren Be trieb versorgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (15, 115) derart ausgestaltet ist, dass sie nach Beendigung der Anlaufphase den Linearregler (20, 130) deaktiviert und als Betriebsspannung die Aus gangsspannung (Ua) der Wandlergrundeinheit (10, 110) ver wendet.

2. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15, 115) derart ausgestaltet ist, dass sie nach Beendigung der Anlaufphase die Wandlergrund einheit (10, 110) mit einem getakteten Steuersignal (St1, St3') ansteuert.

3. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Linearregler (130) durch die Wandlergrundeinheit (110) und eine die Wandlergrundeinheit (110) ansteuernde Anlauf schaltung (120) gebildet ist und
die Steuereinrichtung (115) derart ausgestaltet ist, dass sie nach Beendigung der Anlaufphase die Anlaufschaltung (120) deaktiviert.

4. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (115) durch einen Mikroprozessor ge bildet ist.

5. DC/DC-Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlaufschaltung (120) derart ausgestaltet ist, dass sie nach der Deaktivierung durch die Steuereinrichtung (115) als eine Schutzeinrichtung wirkt, die
die Ausgangsspannung (Ua) der Wandlergrundeinheit (110) begrenzt, falls die Ausgangsspannung (Ua) eine vorgege bene Maximalspannung überschreitet.

6. Telekommunikationsgerät mit einem DC/DC-Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche.

7. Telekommunikationsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationsgerät (5, 105) einen Mikroprozessor (15, 115) zur Steuerung der Telekommunikationsfunktionen des Telekommunikationsgeräts (5, 105) aufweist.

8. Telekommunikationsgerät nach Anspruch 7 in dessen Rückbe zug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor des Telekommunikationsgeräts (5, 105) die Steuereinrichtung (15, 115) des DC/DC-Wandlers bildet.