DE102008027054A1

DE102008027054A1 - Schaltstromversorgungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008027054A1
Application number: DE102008027054A
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Hino-shi Nishikawa
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2028-06-07
Also published as: JP2009017629A; CN101340150B; CN101340150A; US20090010027A1; JP5167705B2; DE102008027054B4; US7746672B2

Abstract

Bei gleichzeitigem Unterdrücken von Erhöhungen derg einer Schaltstromversorgungs-Vorrichtung verbundenen Glättungskondensators wird die Verwendung eines kompakten und preisgünstigen Glättungskondensators ermöglicht und wird der Stromverbrauch reduziert, wobei überdies eine Verringerung vom Transformator erzeugter hörbarer Geräusche ermöglicht wird. In einer Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche eine Gleichstromversorgung, einen Trenntransformator mit Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen und ein Schaltelement enthält und in welcher die durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements in der Sekundärwicklung des Trenntransformators auftretende Hochfrequenzspannung gleichgerichtet wird, um eine Ausgangsgleichspannung zu erhalten, kann der Stromverbrauch während der Bereitschaft insbesondere mittels einer Steuerschaltung, welche das Einschalten und Ausschalten des Elements und dergleichen steuert, reduziert werden.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche einen isolierten (potentialgetrennten) Gleichstrom-Ausgang aus einer Gleichstromversorgung gewinnt, und betrifft insbesondere eine Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche in der Lage ist, den Stromverbrauch während des Bereitschaftsbetriebs zu reduzieren.
In den letzten Jahren wurden Anstrengungen unternommen, den Stromverbrauch elektrischer Geräte zu reduzieren, um etwas gegen die weltweite Klimaerwärmung zu unternehmen. Insbesondere gab es zahlreiche Vorschläge von Erfindungen, die Schaltstromversorgungs-Vorrichtungen betreffen, welche mit einem Bereitschaftsmodus versehen sind, so dass sie nur die minimal erforderliche elektrische Leistung an Einrichtungen liefern, um die aufgenommene Leistung zu reduzieren, solange die elektrische Einrichtung nicht benutzt wird (siehe JP 2002-136125 A und JP 2004-088959 A (entsprechend US 6,903,945 A ). 10 zeigt ein Beispiel einer Schaltstromversorgungs-Vorrichtung mit einer Konfiguration, welche denjenigen der in der JP 2002-136125 A und JP 2004-088959 A offenbarten Vorrichtungen ähnelt. Die Funktionsweise wird anhand von 11 erläutert.
Im Bereitschaftsmodus vergleicht ein Komparator 6h das Rückführsignal VFB der Ausgangsgleichspannung mit vorab eingestellten Schwellenwerten Vth(H) und Vth(L) und sendet ein Signal VCMP an eine Logikschaltung 6a, so dass während Intervallen, in welchen das Rückführsignal VFB unter dem Schwellenwert Vth(L) liegt, der Ein/Aus-Betrieb des Schaltelements 2 gestoppt wird, und während Intervallen, in welchen das Rückführsignal VFB über dem Schwellenwert Vth(H) liegt, das Schaltelement 2 ein- und ausgeschaltet wird. Folglich wird in einer sogenannten Burst-Schwingungssteuerung durch intermittierendes Anlegen einer Gate-Spannung VGS an das Schaltelement 2 die Anzahl von Schaltvorgängen pro Zeiteinheit reduziert und der Stromverbrauch reduziert.
In der Schaltung in 10 wird die Stromversorgung für die Steuerschaltung 6 durch Gleichrichten und Glätten der durch im Trenntransformator 3 vorhandenen Hilfswicklung 3b erzeugten Spannung gewonnen; weil aber während Intervallen, in welchen der Ein/Aus-Betrieb des Schaltelements gestoppt ist, die Steuerschaltung 6 nicht mit Strom versorgt wird, sinkt die Stromversorgungsspannung VCC der Steuerschaltung 6 je nach Stromverbrauch der Steuerschaltung 6. Wenn während dieser Periode die Ausgangsgleichspannung unter die voreingestellte Spannung sinkt und die Rückführspannung VFB den Schwellenwert Vth(H) überschreitet, wird der Ein/Aus-Betrieb des Schaltelements wiederaufgenommen, so dass die Ausgangsgleichspannung steigt und die Stromver sorgungsspannung VCC der Steuerschaltung ebenfalls steigt und der Burst-Schwingungsbetrieb fortgesetzt wird.
12 ist ein anderes Beispiel einer Schaltstromversorgungs-Vorrichtung mit einer der JP 2000-270546 A offenbarten Konfiguration ähnlichen Konfiguration.
In der Schaltung in 12 wird, wenn sie im Bereitschaftsmodus ist, durch Ausschalten des Schalters 17 mittels eines Steuersignals cont1 und Umschalten der Stromversorgung des Mikrocomputers 15 auf Strom aus der Sekundärwicklung 3c des Trenntransformators die Stromzufuhr an die Fotodiode 8a gestoppt, und der Fototransistor 8b schaltet sich aus. Folglich wird die Versorgung der Steuerschaltung 6 mit Strom aus der Hilfswicklung 3b des Trenntransformators gestoppt, und daher wird die Steuerschaltung 6 von der Anlaufschaltung 6g mit Strom versorgt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der mit der Stromversorgung der Steuerschaltung 6 verbundene Kondensator 5 geladen, und wenn die Stromversorgungsspannung VCC auf eine vorgeschriebene Spannung steigt, stoppt die Zeitgeberschaltung 6d erneut die Versorgung mit Strom aus der Anlaufschaltung 6g. Dann sinkt die Spannung über dem Kondensator 5 wegen des Stromverbrauchs durch die Steuerschaltung 6. Wenn die Stromversorgungsspannung VCC auf eine vorgeschriebene Spannung sinkt, startet die Zeitgeberschaltung 6d die Versorgung mit Strom aus der Anlaufschaltung 6g von neuem. Durch diesen Vorgang nimmt die Stromversorgungsspannung VCC der Steuerschaltung eine Dreieckwellenform an, welche mit einer vorgeschriebenen Spannungsamplitude steigt und fällt. Die Zeitgeberschaltung 6d zählt diese Dreieckwellenperioden und steuert zum Beispiel die Logikschaltung 6a alle zwei Perioden an, um den Ausgang der Impulsbreitenmodulationsschaltung 6b an das Schaltelement 2 anzulegen. Der Burst-Schwingungsbetrieb wird durch Verwenden des Entladeintervalls des Kondensators 5, das heißt des Abfallintervalls der Dreieckwelle, als Periode zum Steuern des Schaltelements 2 fortgesetzt.
In 10 ist ein Glättungskondensator 11 mit einer großen statischen Kapazität angeschlossen, so dass unter Bedingungen, bei welchen die Gleichstrom-Ausgangsleistung unter die Leistungsaufnahme der Steuerschaltung sinkt, wie zum Beispiel bei fehlender Last, die Steuerstromversorgungsspannung während des Intervalls, in welchem der Pegel des Rückführsignals VFB niedriger als der Schwellenwert Vth(H) ist, sinkt, aber nicht unter die minimale Betriebsspannung Vuv der Steuerschaltung sinkt. Ein Kondensator mit einer großen statischen Kapazität ist physisch groß und erschwert daher Bemühungen, die Schaltstromversorgungs-Vorrichtung zu verkleinern, und verursacht außerdem höhere Kosten.
In der Schaltung in 12 ist der Stromverbrauch der Anlaufschaltung gleich dem Produkt aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung der Gleichstromversorgung 1 und der Steuerstromversorgungsspannung VCC und dem in der Anlaufschaltung fließenden Strom und trägt dazu bei, eine Zunahme des Bereitschafts-Stromverbrauchs zu verursachen. Überdies besteht auch das Problem, dass beim Umschalten des Stroms zur Versorgung des Mikrocomputers 15 mittels des Schalters 17 im Augenblick des Umschaltens Spannungsschwankungen auftreten, so dass es zu Funktionsstörungen des Mikrocomputers oder dergleichen kommen kann. Wenn das Schaltelement 2 zu schalten beginnt, steigt beim Sanftanlauf-Vorgang außerdem die Spannung am Kondensator CS allmählich an und nimmt die Impulsbreite des Schaltelements 2 allmählich zu, so dass heftige Änderungen des im Trenntransformator 3 fließenden Stroms unterdrückt werden und vom Trenntransformator 3 erzeugte hörbare Geräusche verringert werden. Wenn das Schaltelement 2 die Schwingung stoppt, gibt es jedoch einen plötzlichen Wechsel von einem Zustand, in welchem Strom im Trenntransformator 3 fließt, zu einem Zustand, in welchem kein Strom fließt, und daher besteht das Problem, dass die Wirkung der Verringerung hörbarer Geräusche geringer ausfällt.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, mit einer relative kleinen statischen Kapazität des mit der Steuerschaltung verbundenen Glättungskondensators auszukommen, was die Verwendung eines kleinen und preisgünstigen Glättungskondensators ermöglicht, den Stromverbrauch zu reduzieren und vom Transformator erzeugte hörbare Geräusche zu verringern.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als die beanspruchten möglich sind.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist die Erfindung nach Anspruch 1 eine Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche eine Gleichstromversorgung, einen Trenntransformator mit Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen und ein Schaltelement enthält und in welcher die durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements in der Sekundärwicklung des Trenntransformators auftretende Hochfrequenzspannung gleichgerichtet wird, um eine Ausgangsgleichspannung zu erhalten, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Gleichstrom-Ausgang verbundene Spannungsstabilisierungseinrichtung und eine Steuereinrichtung vorgesehen sind, welche, unter Verwendung der Spannung, die durch Gleichrichten und Glätten der in der Tertiärwicklung des Trenntransformators auftretenden Spannung gewonnenen wird, als Steuerspannung, eine Ein/Aus-Steuerung des Schaltelements ausführt; die Steuereinrichtung eine erste Steuereinrichtung, welche die Größen eines die Ausgangsspannung konstant haltenden Rückführsignals und eines Trägersignals vergleicht und die Einschaltzeit des Schaltelements steuert, eine zweite Steuereinrichtung, welche die Steuerstromversorgungsspannung steuert, und eine Betriebsarten-Umschalteinrichtung enthält, welche je nach Lastzustand am Gleichstrom-Ausgang entweder die erste Steuereinrichtung oder die zweite Steuereinrichtung auswählt; wobei die zweite Steuereinrichtung mit mindestens einer Vergleichseinrichtung ausgestattet ist, welche die Steuerspannung mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert vergleicht, wobei dann, wenn die Steuerspannung unter den ersten Schwellenwert sinkt, ein Signal "Schalten erlaubt" ausgegeben wird, um eine Ein/Aus-Steuerung des Schaltelements zu ermöglichen, wohingegen dann, wenn die Steuerspannung über den zweiten Schwellenwert steigt, ein Signal "Schalten verboten" ausgegeben wird, um das Schaltelement auszuschalten.
Die Erfindung nach Anspruch 2 ist eine Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche eine Gleichstromversorgung, einen Trenntransformator mit Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen und Schaltelemente enthält und in welcher durch Reihenschaltung zweier Schaltelemente und Parallel schaltung derselben zur Gleichstromversorgung und die durch Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente im Wechsel in der Sekundärwicklung des Trenntransformators auftretende Hochfrequenzspannung gleichgerichtet wird, um eine Ausgangsgleichspannung zu erhalten, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine mit dem Gleichstrom-Ausgang verbundene Spannungsstabilisierungseinrichtung und eine Steuereinrichtung vorgesehen sind, welche unter Verwendung der Spannung, die durch Gleichrichten und Glätten der in der Tertiärwicklung des Trenntransformators auftretenden Spannung gewonnenen wird, als Steuerspannung eine Ein/Aus-Steuerung der Schaltelemente ausführt; die Steuereinrichtung eine erste Steuereinrichtung, welche die Größen eines die Ausgangsspannung konstant haltenden Rückführsignals und eines Trägersignals vergleicht und die Einschaltzeit der Schaltelemente steuert, eine zweite Steuereinrichtung, welche die Steuerspannung steuert, und eine Betriebsarten-Umschalteinrichtung enthält, welche je nach Lastzustand am Gleichstrom-Ausgangs entweder die erste Steuereinrichtung oder die zweite Steuereinrichtung auswählt; wobei die zweite Steuereinrichtung mit mindestens einer Vergleichseinrichtung ausgestattet ist, welche die Steuerspannung mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert vergleicht, wobei dann, wenn die Steuerspannung unter den ersten Schwellenwert sinkt, ein Signal "Schalten erlaubt" ausgegeben wird, um eine Ein/Aus-Steuerung der Schaltelemente zu ermöglichen, wohingegen dann, wenn die Steuerspannung über den zweiten Schwellenwert steigt, ein Signal "Schalten verboten" ausgegeben wird, um die Schaltelemente auszuschalten.
In einer Vorrichtung der Erfindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 kann der erste Schwellenwert höher als die minimale Betriebsspannung der Steuereinrichtung eingestellt sein (Weiterbildung nach Anspruch 3); kann ferner die Steuereinrichtung eine Ladeeinrichtung zum Erhöhen der Steuerstromversorgungsspannung enthalten und kann das Ladeintervall dieser Ladeeinrichtung über Erfassungssignale für eine vorgeschriebene Ladestop-Spannung und Ladewiederaufnahme-Spannung gesteuert werden und kann der erste Schwellenwert höher als die Ladewiederaufnahme-Spannung eingestellt sein (Weiterbildung nach Anspruch 4). Außerdem kann in jedem der Fälle nach den Ansprüchen 1 bis 4 der zweite Schwellenwert so eingestellt sein, dass die Ausgangsgleichspannung niedriger als die Ausgangssollspannung ist (Weiterbildung nach Anspruch 5).
In den Fällen der Ansprüche 1 bis 5 kann die zweite Steuereinrichtung einen Kondensator und eine Lade-/Entladeeinrichtung, welche den Kondensator unter der Zeitsteuerung durch die Ausgabe des Signals "Schalten erlaubt" mit einem Konstantstrom lädt und welche unter der Zeitsteuerung durch die Ausgabe des Signals "Schalten erlaubt" den Kondensator mit einem Konstantstrom entlädt, enthalten und kann der Spannungswert des Kondensators als ein Einschaltimpulsbreitenwert für das Schaltelement verwendet werden (Weiterbildung nach Anspruch 6); in der Weiterbildung nach Anspruch 6 kann die in der ersten Steuereinrichtung eingestellte Steigung des Trägersignals entsprechend dem Spannungswert des Kondensators der zweiten Steuereinrichtung geändert werden (Weiterbildung nach Anspruch 7); und in der Weiterbildung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7 kann durch Halten des Kondensators der zweiten Steuereinrichtung in einem voll geladenen Zustand bewirkt werden, dass vorzugsweise die erste Steuereinrichtung arbeitet (Weiterbildung nach Anspruch 8).

(1) Mittels der Erfindungen nach Anspruch 1 und Anspruch 2 kann der Stromverbrauch während der Bereitschaft reduziert werden, während ein Mikrocomputer mit stabilisiertem Strom versorgt wird.
(2) Mittels der Weiterbildungen nach den Ansprüchen 3 bis 5 kann der Stromverbrauch während der Bereitschaft reduziert werden, ohne dass dies dazu führt, dass die Steuerstromversorgungsspannung unter die minimale Betriebsspannung sinkt.
(3) Mittels der Weiterbildungen nach Anspruch 6 und Anspruch 7 können vom Trenntransformator erzeugte burstschwingungs-spezifische hörbare Geräusche verringert werden, und mittels der Weiterbildung nach Anspruch 7 kann die Steuerschaltung vereinfacht werden.
(4) Mittels der Weiterbildung nach Anspruch 8 kann der Strom zur Versorgung des Mikrocomputers weiter stabilisiert werden.

1 zeigt die Schaltungskonfiguration eines Aspekts der Erfindung;
2 ist ein Schaltplan, welcher ein konkretes Beispiel der Steuerschaltung in 1 zeigt;
3 ist ein Schaltplan, welcher ein konkretes Beispiel der Ausgangsspannungs-Einstellschaltung in 1 zeigt;
4 ist ein Wellenform-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuerschaltung in 1;
5 ist ein Schaltplan, welcher ein anderes konkretes Beispiel einer Steuerschaltung zeigt;
6 ist ein Schaltplan, welcher noch ein anderes konkretes Beispiel einer Steuerschaltung zeigt;
7 ist ein Wellenform-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise in 6;
8 ist ein Schaltplan, welcher ein anderes konkretes Beispiel einer Steuerschaltung zeigt;
9 ist ein Schaltplan, welcher einen anderen Aspekt der Erfindung zeigt;
10 zeigt die Schaltungskonfiguration eines ersten Beispiels nach dem Stand der Technik;
11 erläutert die Funktionsweise in 10; und
12 zeigt die Schaltungskonfiguration eines zweiten Beispiels nach dem Stand der Technik.
1 zeigt die Schaltungskonfiguration einer Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche einen Anspruch 1 entsprechenden Aspekt dieser Erfindung darstellt. Wie in der Figur gezeigt, sind die Merkmale dieser Einrichtung die Einführung eines Schaltsignals cont1 vom Mikrocomputer 15 zur Steuerschaltung 6 und das Vorsehen einer Spannungsstabilisierungseinrichtung 16 zum Stabilisieren der Spannung für den Mikrocomputer 15; im übrigen ähnelt die Konfiguration denjenigen in 10 und 12. Als die Spannungsstabilisierungseinrichtung 16 kann zum Beispiel ein geregelter Gleichstromsteller, ein Serienregler oder eine andere bekannte Einrichtung verwendet werden, auf deren Einzelheiten hier nicht eingegangen wird.
Das Schaltsignal cont1 vom Mikrocomputer 15 ist durch einen Optokoppler oder eine andere Einrichtung von der Primärseite des Transformators isoliert (potentialgetrennt). Eine ähnliche Konfiguration wird bei allen folgenden Ausführungsbeispielen verwendet.
2 ist ein Schaltplan, welcher ein konkretes Beispiel einer Steuerschaltung zeigt, welche zusammengefasst eine erste Steuereinrichtung 600, enthaltend einen Widerstand 600a, einen Komparator 6b und eine Trägersignalerzeugungseinrichtung 6c; eine zweite Steuereinrichtung 601, enthaltend Komparatoren 601a, 601b und einen Flipflop 601c; und eine Umschalteinrichtung 602, enthaltend ein UND-Gatter 602a und ein ODER-Gatter 602b, enthält. Außerdem ist 6a eine Logikschaltung, und ist 6g eine Anlaufschaltung.
Es folgt eine ausführlichere Erläuterung. Die erste Steuereinrichtung 600 vergleicht die Größe eines zur Steuerung der Konstanthaltung der Ausgangsspannung verwendeten Rückführsignals VFB mit der eines von der Trägersignalerzeugungseinrichtung 6c ausgegebenen Trägersignals und steuert die Einschaltzeit des Schaltelements 2. Die zweite Steuereinrichtung 601 steuert die Steuerstromversorgungsspannung VCC, und die Umschalteinrichtung 602 wählt je nach Lastzustand entweder die erste Steuereinrichtung oder die zweite Steuereinrichtung aus.
3 ist ein Schaltplan, welcher ein konkretes Beispiel der Ausgangsspannungs-Regelschaltung 9 zeigt, welche Widerstände 9a bis 9e, einen Kondensator 9f und einen Nebenschlussregler 9g enthält. 8a ist eine Fotodiode.
Der Nebenschlussregler 9g verstärkt den Fehler zwischen einer internen Referenzspannung (zum Beispiel 2,5 V; nicht gezeigt) und einer durch Verwendung der Widerstände 9a, 9b als Spannungsteiler zum Teilen der Ausgangsspannung gewonnenen Spannung und passt den in der Fotodiode 8a fließenden Strom an. Der Widerstand 9c ist ein Widerstand, welcher den Strom in der Fotodiode 8a begrenzt, und der Widerstand 9d ist auf einen Wert eingestellt, welcher den minimal erforderlichen Strom zum Nebenschlussregler 9g gelangen lässt. Der Widerstand 9e und der Kondensator 9f bestimmen die Zeitkonstante der Rückkopplungsschleife und sind entsprechend zu wählen.
Das heißt, wenn die Ausgangsspannung unter eine durch die Referenzspannung des Nebenschlussreglers und das Verhältnis der Widerstände 9a und 9b bestimmte vorgeschriebene Spannung sinkt, wird der in der Fotodiode 8a fließende Strom verringert. Folglich sinkt der im Fototransistor 8b fließende, in 2 über den mit der Referenzspannung Vref1 verbundenen Widerstand 600a gelieferte Strom und steigt die Rückführspannung VFB. Wenn die Ausgangsspannung über eine durch die Referenzspannung des Nebenschlussreglers und das Verhältnis der Widerstände 9a und 9b bestimmte vorgeschriebene Spannung steigt, wird der in der Fotodiode 8a fließende Strom erhöht. Folglich steigt der im Fototransistor 8b fließende, über den Widerstand 600a gelieferte Strom und sinkt die Rückführspannung VFB. Mittels dieser Reihe von Vorgängen wird die Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert geregelt.
4 ist ein Wellenform-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise in 1. Im folgenden wird die Funktionsweise in 1 anhand von 2 bis 4 erläutert. Im normalen Modus, in welchem die Last 14 mit Strom versorgt wird, ist das aus dem Mikrocomputer 15 ausgegebene Schaltsignal cont1 auf H-Pegel, und im Bereitschaftsmodus, in welchem die Last 14 nicht mit Strom versorgt wird, ist das Schaltsignal cont1 auf L-Pegel.
Zunächst, im Bereitschaftsmodus, ist cont1 auf L-Pegel und ist VSTB, welches in die Steuerschaltung 6 eingegeben wird, auf L-Pegel. In diesem Zustand, während des Intervalls, in welchem ein Gate-Impuls VGS ausgegeben wird, steigt die Steuerstromversorgungsspannung VCC an, und wenn VCC VCH überschreitet, geht das Signal "Schalten erlaubt" VEN der zweiten Steuereinrichtung 601 auf L-Pegel (siehe 4). Folglich geht der Ausgang der Betriebsarten-Umschalteinrichtung 602 auf L-Pegel und wird kein Gate-Impuls VGS mehr ausgegeben.
VCC sinkt wegen des Stromverbrauchs der Steuerschaltung 6 allmählich, und wenn der Spannungswert unter VCL sinkt, geht VEN auf H-Pegel. Folglich werden, weil ein durch die relativen Größen des Rückführsignals VFB und des Ausgangs der Trägersignalerzeugungseinrichtung 6c bestimmtes Signal von der ersten Steuereinrichtung 600 in die Logikschaltung 6a eingegeben wird, als Ausgabe der Betriebsarten-Umschalteinrichtung 602 Gate-Impulse VGS ausgegeben und steigt VCC wieder an. Das heißt, VCC schwingt zwischen VCH und VCL, und es tritt Burst-Schwingungsbetrieb auf, bei welchem während Intervallen, in welchen VCC steigt, Gate-Impulse VGS ausgegeben werden, wohingegen während Intervallen, in welchen VCC sinkt, kein Gate-Impuls VGS mehr erzeugt wird, so dass Schaltungsverluste reduziert werden (siehe 4).
Dann, im normalen Modus, ist cont1 auf H-Pegel und ist VSTB, welches in die Steuerschaltung 6 eingegeben wird, auf H-Pegel. Weil der Pegel des Signals "Schalten erlaubt" VEN unverändert auf H-Pegel bleibt, wird als der Ausgang des ODER-Gatters 602b das Ausgangssignal (Trägersignal) aus der ersten Steuereinrichtung 600 in die Logikschaltung 6a eingegeben, und es ergibt sich eine normale Impulsbreitenmodulations-Steuerung.
Während des Umschaltens zwischen normalem Modus und Bereitschaftsmodus schwankt die Ausgangsspannung V1, aber die Eingangsspannung für den Mikrocomputer 15 wird durch die Spannungsstabilisierungseinrichtung 16 stabilisiert, so dass Funktionsstörungen und andere Probleme vermieden werden können.
Hier können durch Einstellen des Schwellenwerts VCL der zweiten Steuereinrichtung 601 auf einen höheren Wert als die minimale Betriebsspannung Vuv der Steuerschaltung 6 Gate-Impulse VGS ausgegeben werden, bevor VCC sinkt und die Steuerschaltung 6 stoppt. Das heißt, VCC steigt erneut an, bevor die Steuerschaltung 6 stoppt, so dass nur eine kleine Kapazität für den an VCC angeschlossenen Glättungskondensator 5 erforderlich ist, so dass ein kleinerer Kondensator verwendet werden kann.
Ferner können durch Einstellen des Schwellenwerts VCL der zweiten Steuereinrichtung 601 auf einen höheren Wert als die Ladewiederaufnahme-Spannung der Anlaufschaltung 6g Gate-Impulse VGS ausgegeben werden, bevor VCC sinkt und die Anlaufschaltung zu arbeiten beginnt. Das heißt, VCC steigt erneut an, bevor die Steuerschaltung 6 stoppt, so dass keine mit dem Arbeiten der Anlaufschaltung einhergehenden Verluste auftreten und der Stromverbrauch während der Bereitschaft reduziert werden kann.
Ferner ist die Einstellung der Schwelle VCH der zweiten Steuereinrichtung 601 so eingestellt, dass keine Gate-Impulse VGS mehr ausgegeben werden, bevor die Ausgangsgleichspannung V1 die Ausgangssollspannung erreicht.
Im normalen Modus verringert die Ausgangsspannungs-Regelschaltung 9 in 3 den in der Fotodiode 8a fließenden Strom, wenn die Ausgangsgleichspannung V1 unter die Ausgangssollspannung sinkt. Folglich sinkt der im Fototransistor 8b über den Widerstand 600a der ersten Steuereinrichtung fließende Strom, steigt die Rückführspannung VFB, wird die Impulsbreite der Gate-Impulse VGS vergrößert und wird die Ausgangsgleichspannung V1 veranlasst zu steigen.
Andererseits wird, wenn die Ausgangsgleichspannung V1 über die Ausgangssollspannung steigt, der in der Fotodiode 8a fließende Strom erhöht und steigt der im Fototransistor 8b fließende Strom. Deshalb sinkt die Rückführspannung VFB, wird die Impulsbreite der Gate-Impulse VGS verkleinert und wird die Ausgangsgleichspannung V1 veranlasst zu sinken. Mittels dieses Vorgangs wird die Ausgangsgleichspannung V1 auf ihren Sollwert geregelt.
Im Bereitschaftsmodus werden keine Gate-Impulse VGS ausgegeben, bevor die Ausgangssollspannung erreicht ist, und fließt fast kein Strom in der Fotodiode 8a, so dass Verluste im Widerstand 9c der Ausgangsspannungs-Regelschaltung 9 gering sind und der Stromverbrauch während der Bereitschaft reduziert werden kann.
5 zeigt ein anderes konkretes Beispiel einer Steuerschaltung. Ein Unterschied zu 2 ist die Tatsache, dass ein Kondensator CSE, eine Lade-/Entladeeinrichtung 601d für den Kondensator CSE und ein Komparator 601e zur zweiten Steuereinrichtung 601 hinzugefügt sind. Auf diese Weise wird das Ergebnis des durch den Komparator 601e vorgenommenen Vergleichs der relativen Größen der Spannung am Kondensator CSE und des Ausgangssignals aus der Trägersignalerzeugungseinrichtung 6c im Bereitschaftsmodus als die Impulsbreite der Gate-Impulse VGS ausgegeben.
Das heißt, durch Laden des Kondensators CSE mit Konstantstrom durch die mit der Referenzspannung Vref1 beaufschlagte Lade-/Entladeeinrichtung 601d mit der Zeitabstimmung, mit welcher das Signal "Schalten erlaubt" VEN auf H-Pegel geht, wird die Impulsbreite der Gate-Impulse VGS allmählich vergrößert, wenn mit dem Schalten begonnen wird. Dieser Vorgang ähnelt dem Sanftanlauf-Vorgang in 12 und unterdrückt die Änderungsgeschwindigkeit des im Transformator fließenden Erregerstroms und verringert vom Transformator erzeugte Geräusche im hörbaren Frequenzbereich.
Ein Unterschied zu 12 ist, dass zusätzlich zum obigen Sanftanlauf-Vorgang durch Konstantstrom-Entladung des Kondensators CSE mit der Zeitabstimmung, mit welcher das Signal "Schalten erlaubt" VEN auf L-Pegel geht, die Impulsbreite der Gate-Impulse VGS allmählich reduziert wird. Es erfolgt ein Sanftabschaltungs-Vorgang, bei welchem, wenn die Spannung am Kondensator CSE im wesentlichen null wird, keine Gate-Impulse mehr erzeugt werden. Selbst bei Stoppen des Schaltens wird die Änderungsgeschwindigkeit des im Transformator fließenden Erregerstroms gering gehalten, so dass vom Transformator erzeugte hörbare Geräusche weiter verringert werden können. Auf diese Weise können Geräusche im hörbaren Bereich auch ohne Vergießen mit Lack verringert werden, und es besteht der weitere Vorteil, dass die Transformatorkosten gesenkt werden können.
6 zeigt noch ein anderes konkretes Beispiel einer Steuerschaltung. Ein Unterschied zu 5 ist die Tatsache, dass die Trägersignal-Steigung entsprechend dem Spannungspegel (VCSE) des Kondensators CSE geändert wird.
7 ist ein Wellenform-Diagramm, welches den Unterschied der Impulsbreiten der Gate-Impulse VGS bei Konstanthaltung der Trägersignal-Steigung (7A) und bei Änderung derselben (7B) erläutert. Im in 7B gezeigten Beispiel nimmt, während die Kondensatorspannung VCSE steigt, die Steigung des Trägersignals bis zum Erreichen eines vorgegebenen Pegels allmählich ab.
Das heißt, in dem Fall von 7B, wo die Steigung des Trägersignals allmählich abnimmt, während die Kondensatorspannung VCSE steigt, wird die Gate-Impuls-Breite nach Beginn des Schaltens schmäler im Vergleich zum Fall von 7A, in welchem die Trägersignal-Steigung konstant gehalten wird. Folglich können vom Transformator erzeugte hörbare Geräusche weiter auf einen Pegel verringert werden, bei welchem Geräusche im wesentlichen unhörbar sind.
8 zeigt ein anderes konkretes Beispiel einer Steuerschaltung. Ein Merkmal ist, dass gegenüber 5 und 6 eine Schaltschaltung 604 hinzugefügt wurde.
Ein Ende der Schaltschaltung 604 ist mit der Referenzspannung Vref1, welche an die Lade-/Entladeeinrichtung 601d und den Widerstand 600a angeschlossen ist, beaufschlagt.
In 8 ist VSTB im normalen Modus auf H-Pegel und ist die Schaltschaltung 604 eingeschaltet, um den Kondensator CSE vollständig bis Vref1 zu laden. Wenn andererseits VSTB im Bereitschaftsmodus auf L-Pegel ist, ist die Schaltschaltung 604 ausgeschaltet und wird der Kondensator CSE beruhend auf dem Signal "Schalten erlaubt" VEN geladen und entladen.
Hier ist der Komparator 600b eine Einrichtung mit drei Eingängen, welche die Größen des Träger signals mit dem niedrigeren der beiden Werte "Spannung des Kondensators CSE" und "Rückführspannung VFB" vergleicht. Im normalen Modus wird durch Einschalten der Schaltschaltung 604 der Kondensator CSE in den bis zum Wert von Vref1 geladenen Zustand versetzt, so dass die Spannung höher als die Rückführspannung VFB ist. Deshalb ergibt sich normaler Impulsbreitenmodulations-Betrieb durch Vergleich von VFB und dem Trägersignal im drei Eingänge aufweisenden Komparator 600b. Im Bereitschaftsmodus fließt, weil die Ausgangsgleichspannung V1 so eingestellt ist, dass sie die Ausgangssollspannung nicht erreicht, kein Strom in der Fotodiode 8a und liegt die Rückführspannung VFB auf Vref1. Andererseits ist die Spannung am Kondensator CSE die aus dem auf dem Ergebnis des Vergleichs von VCC mit den Schwellenwerten VCL und VCH beruhenden Laden/Entladen durch die Lade-/Entladeeinrichtung 601d resultierende Spannung und ist sie daher niedriger als die Rückführspannung VFB. Daher ist das Ergebnis der oben beschriebene Sanftanlauf-Vorgang und Sanftabschaltungs-Vorgang. Das heißt, es sind keine getrennten Komparatoren für normalen Modus und für Bereitschaftsmodus erforderlich und auch die Betriebsarten-Umschaltschaltung 602 lässt sich vereinfachen, was geringere Kosten der Steuerschaltung mit sich bringt.
9 ist ein Schaltplan, welcher einen weiteren Aspekt der Erfindung zeigt.
Ein Merkmal dieser Schaltung ist, dass eine Reihenschaltung aus Schaltelementen 2a und 2b parallel zur Gleichstromversorgung 1 geschaltet ist; durch Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 2a und 2b im Wechsel Reihenresonanz-Betrieb im Kondensator 21 und in der Erregerinduktivität oder Streuinduktivität des Trenntransformators 3 hervorgerufen wird und der Sekundärseite des Transformators Resonanzenergie zugeführt wird (Resonanzstromversorgung). Im gezeigten Beispiel wird das Schaltelement 2b von der Hilfswicklung 3d des Trenntransformators 3 angesteuert; aber Ansteuern ist auch mittels eines sehr spannungsfesten IC (IC: = Integrierte Schaltung) und eines Impulstransformators möglich.
In einer Resonanzstromversorgung wie sie in 9 gezeigt ist, ist eine Spannung aus dem Trenntransformator 3, welche gleichgerichtet und geglättet wurde, wie zum Beispiel die Ausgangsgleichspannung V1 und die Steuerstromversorgungsspannung VCC, eine Spannung, welche ungeachtet des jeweiligen Lastzustands im wesentlichen proportional zum Windungszahlenverhältnis der Wicklungen 3b und 3c ist. Daher besteht keine Gefahr eines abnormalen Absinkens der Ausgangsgleichspannung V1 unter die minimale Betriebsspannung der Spannungsstabilisierungseinrichtung 16, und daher kann der Mikrocomputer 15 stabil mit Strom versorgt werden. Das heißt, auch durch Anwenden einer Steuerschaltung 6 wie oben beschrieben auf eine solche Resonanzstromversorgung ist ein vollständig gleichartiger Betrieb möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-136125 A [0002, 0002]
- JP 2004-088959 A [0002, 0002]
- US 6903945 A [0002]
- JP 2000-270546 A [0005]

Claims

Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche eine Gleichstromversorgung (1), einen Trenntransformator (3) mit Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen und ein Schaltelement (2) enthält und in welcher eine durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements (2) eine in der Sekundärwicklung (3c) des Trenntransformators (3) auftretende Hochfrequenzspannung gleichgerichtet wird, um eine Ausgangsgleichspannung zu erhalten, welche Schaltstromversorgungs-Vorrichtung ferner enthält: eine mit der Ausgangsgleichspannung beaufschlagte Spannungsstabilisierungseinrichtung (16); und eine Steuereinrichtung (6), welche unter Verwendung einer durch Gleichrichten und Glätten einer in der Tertiärwicklung (3b) des Trenntransformators (3) auftretenden Spannung gewonnenen Spannung als Steuerspannung, eine Ein/Aus-Steuerung des Schaltelements (2) ausführt, wobei die Steuereinrichtung (6) eine erste Steuereinrichtung (600), welche die Größe eines eine Ausgangsspannung konstant haltenden Rückführsignals (VFB) mit der eines Trägersignals vergleicht und eine Einschaltzeit des Schaltelements (2) steuert, eine zweite Steuereinrichtung (601), welche eine Steuerstromversorgungsspannung steuert, und eine Betriebsarten-Umschalteinrichtung (602) enthält, welche je nach der Größe der mit der Ausgangsgleichspannung gespeisten Last entweder die erste Steuereinrichtung (600) oder die zweite Steuereinrichtung (601) auswählt; und die zweite Steuereinrichtung (601) mit mindestens einer Vergleichseinrichtung (601a, 601b) ausgestattet ist, welche die Steuerspannung mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert vergleicht, und von der dann, wenn die Steuerspannung unter den ersten Schwellenwert sinkt, ein Signal "Schalten erlaubt" ausgegeben wird, um eine Ein/Aus-Steuerung des Schaltelements (2) zu ermöglichen, wohingegen dann, wenn die Steuerspannung über den zweiten Schwellenwert steigt, ein Signal "Schalten verboten" ausgegeben wird, um das Schaltelement (2) auszuschalten.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung, welche eine Gleichstromversorgung (1), einen Trenntransformator (3) mit Primär-, Sekundär und Tertiärwicklungen (3b) und Schaltelemente (2a, 2b) enthält und in welcher durch Reihenschaltung zweier Schaltelemente (2a, 2b) und Parallelschaltung derselben zur Gleichstromversorgung (1) und eine durch Ein- und Ausschalten der zwei Schaltelemente (2a, 2b) im Wechsel eine in der Sekundärwicklung (3c) des Trenntransformators (3) auftretende Hochfrequenzspannung gleichgerichtet wird, um einen Ausgangsgleichspannung zu erhalten, welche Schaltstromversorgungs-Vorrichtung ferner enthält: eine mit der Ausgangsgleichspannung beaufschlagte Spannungsstabilisierungseinrichtung (16); und eine Steuereinrichtung (6), welche unter Verwendung einer durch Gleichrichten und Glätten einer in der Tertiärwicklung (3b) des Trenntransformators (3) auftretenden Spannung gewonnenen Spannung als Steuerspannung eine Ein/Aus-Steuerung der Schaltelemente (2a, 2b) ausführt, wobei die Steuereinrichtung (6) eine erste Steuereinrichtung (600), welche die Größe eines eine Ausgangsspannung konstant haltenden Rückführsignals (VFB) mit der eines Trägersignals vergleicht und eine Einschaltzeit der Schaltelemente (2a, 2b) steuert, eine zweite Steuereinrichtung (601), welche die Steuerspannung steuert, und eine Betriebsarten-Umschalteinrichtung (602) enthält, welche je nach Größe der mit der Ausgangsgleichspannung gespeisten Last entweder die erste Steuereinrichtung (600) oder die zweite Steuereinrichtung (601) auswählt; und die zweite Steuereinrichtung (601) mit mindestens einer Vergleichseinrichtung (601a, 601b) ausgestattet ist, welche die Steuerspannung mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert vergleicht, und von der dann, wenn die Steuerspannung unter den ersten Schwellenwert sinkt, ein Signal "Schalten erlaubt" ausgegeben wird, um eine Ein/Aus-Steuerung der Schaltelemente (2a, 2b) zu ermöglichen, wohingegen dann, wenn die Steuerspannung über den zweiten Schwellenwert steigt, ein Signal "Schalten verboten" ausgegeben wird, um die Schaltelemente (2a, 2b) auszuschalten.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der erste Schwellenwert höher als die minimale Betriebsspannung der Steuereinrichtung (6) ist.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Steuereinrichtung (6) eine Ladeeinrichtung zum Erhöhen der Steuerstromversorgungsspannung enthält, ein Ladeintervall der Ladeeinrichtung (601d) über Erfassungssignale für eine vorgeschriebene Ladestop-Spannung und Ladewiederaufnahme-Spannung gesteuert wird und der erste Schwellenwert höher als die Ladewiederaufnahme-Spannung eingestellt ist.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der zweite Schwellenwert so eingestellt ist, dass der Ausgangsgleichspannung niedriger als eine Ausgangssollspannung ist.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die zweite Steuereinrichtung (601) einen Kondensator (CSE) und eine Lade-/Entladeeinrichtung (601d) enthält, welche den Kondensator (CSE) mit einem Konstantstrom mit einer Zeitabstimmung der Ausgabe des Signals "Schalten erlaubt" lädt und welche den Kondensator (CSE) mit einem Konstantstrom mit der Zeitabstimmung der Ausgabe des Signals "Schalten erlaubt" entlädt, und ein Spannungswert des Kondensators als ein Einschaltbreiten-Befehlswert für das Schaltelement (2) verwendet wird.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der eine in der ersten Steuereinrichtung (600) eingestellte Steigung des Trägersignals entsprechend dem Spannungswert des Kondensators (CSE) der zweiten Steuereinrichtung (601) geändert wird.
Schaltstromversorgungs-Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei der durch Halten des Kondensators (CSE) der zweiten Steuereinrichtung (601) in einem voll geladenen Zustand bewirkt werden kann, dass vorzugsweise die erste Steuereinrichtung (600) arbeitet.