DE102017004960A1

DE102017004960A1 - Stromversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017004960A1
Application number: DE102017004960.2A
Authority: DE
Inventors: Motoi NAKAJIMA
Original assignee: OS Engines Manufacturing Co Ltd; Futaba Corp; O S Engines Mfg Co Ltd
Current assignee: OS Engines Manufacturing Co Ltd; Futaba Corp; O S Engines Mfg Co Ltd
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2017-11-23
Also published as: CN107425584A; JP2017212765A; JP6382885B2; US20170338747A1; CN107425584B; KR101937564B1; KR20170132099A; US10103642B2

Abstract

Eine Stromversorgungsvorrichtung umfasst eine Gleichrichtereinheit zum Gleichrichten einer Wechselstromeingangsspannung, eine Spannungswandlungseinheit umfassend ein Schaltelement und dazu ausgelegt, eine gleichgerichtete Eingangsspannung von der Gleichrichtereinheit zu empfangen und eine durch einen Schaltvorgang des Schaltelements spannungsgewandelte Ausgangsspannung zu erzielen, und eine Spannungsvergleichseinheit, dazu ausgelegt, ein Vergleichssignal zwischen der Ausgangsspannung und einer eingestellten Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Stromversorgungsvorrichtung umfasst ferner eine Schwingungseinheit, dazu ausgelegt, ein Steuersignal mit einer Schwingungsdauer und einer Schwingungspausendauer als ein Steuersignal zum Steuern eines ON/OFF des Schaltelements auszugeben. Die Schwingungsdauer und die Schwingungspausendauer des Steuersignals werden durch das von der Spannungsvergleichseinheit ausgegebene Vergleichssignal gesteuert und ein Tastverhältnis des Steuersignals in der Schwingungsdauer wird basierend auf der Eingangsspannung variabel gesteuert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung, die als Stromwandler (AC/DC-Wandler) verwendbar ist.
Hintergrund der Erfindung
In einer Stromerzeugung unter Einsatz von z. B. einem kleinformatigen Motor wird ein Generator mit einem Permanent-Magneten genutzt, um Wechselstrom(AC)-Elektrizität zu erzeugen. Da die so erzeugte Spannung, je nach Umdrehungsgeschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute; RPM) des Motors, hoch oder niedrig ist, wird in diesem Fall, falls nötig, zusätzlich ein Nebenschussregler (Shunt-Regler) genutzt. Jedoch wird, wenn eine Ausgangsspannung durch den Nebenschussregler angepasst wird, eine Überschussleistung immer als thermische Energie entladen, was zu einem Leistungsverlust führt. Diese verlustbehaftete Steuerung kann durch Einsatz eines Stromwandlers vermieden werden.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. H01-148072 ( JP H01-148072A ) offenbart einen Stromwandler für einen Wechselstrom-Eingang, der eine Gleichrichtschaltung, einen Glättungsschaltkreis und einen Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) umfasst.
In dieser Hinsicht kann ein Stromwandler genutzt werden, der als Gleichrichtregler genutzt werden kann. Insbesondere ist dies ein Stromwandler, der einen durch einen Generator mit einer Motorumdrehung erzeugten Wechselstrom-Eingang empfängt, um einen stabilisierten Gleichstrom-Ausgang zu erzielen.
Jedoch hat der konventionelle Stromwandler die folgenden Probleme, wenn er als der Gleichrichtregler genutzt wird.
Im Allgemeinen benötigt der Gleichrichtregler einen Eingangsbereich von 0 V Wechselstrom bis 100 V Wechselstrom oder mehr, aber die Last auf die Peripherieelemente wird groß, wenn eine Spannungssteuerung nur durch eine konventionelle PWM-Steuerung durchgeführt wird. Daher besteht Nachfrage nach einem Stromwandler, der für einen weiten Bereich von Eingangsspannungen geeignet ist.
Zusätzlich wird eine stabilere Ausgangsspannung benötigt, um eine Schwierigkeit beim Erreichen einer gewünschten Steuerungsgenauigkeit der Ausgangsspannung zu überwinden.
Angesichts des oben Genannten, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Stromversorgungsvorrichtung bereit, die als Stromwandler verwendbar ist und dazu ausgelegt ist, geeignet auf einen weiten Bereich von Eingangsspannungen zu antworten, und eine hohe Ausgangsspannungs-Genauigkeit hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Stromversorgungsvorrichtung eingespeist, die umfasst: eine Gleichrichtereinheit, dazu gelegt, eine Wechselstrom-Eingangsspannung gleichzurichten; eine Spannungswandlungs-Einheit, die ein Schaltelement umfasst und dazu ausgelegt ist, eine gleichgerichtete Eingangsspannung von der Gleichrichtereinheit zu empfangen und eine durch einen Schaltvorgang des Schaltungselements spannungsgewandelte Ausgangsspannung zu erzielen; eine Spannungsvergleichseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Vergleichs-Signal zwischen der Ausgangsspannung und einer eingestellten Ausgangsspannung zu erzeugen; und eine Schwingungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Steuersignal mit einer Schwingungsdauer und einer Schwingungspausendauer als Steuersignal zur Steuerung eines ON/OFF des Schaltelements auszugeben. Die Schwingungsdauer und die Schwingungspausendauer des Steuersignals werden durch das von der Spannungsvergleichs-Einheit ausgegebene Vergleichssignal gesteuert und ein Tastverhältnis des Steuersignals in der Schwingungsdauer wird basierend auf der Eingangsspannung variabel gesteuert.
Dies bedeutet, dass das Steuersignal des Schaltelements so gesteuert wird, dass die Schwingungsdauer in Antwort auf die Ausgangsspannung gesteuert wird und das Tastverhältnis in Antwort auf die Eingangsspannung gesteuert wird. Somit ist es möglich, geeignet auf den weiten Bereich von Eingangsspannungen zu antworten.
In der oben beschriebenen Stromversorgungsvorrichtung kann, wenn die Ausgangsspannung die eingestellte Ausgangsspannung überschreitet, die Spannungsvergleichseinheit das Vergleichssignal ausgeben, um das Steuersignal der Schwingungseinheit in einen Schwingungspausen-Zustand zu versetzen, und das Schaltelement kann gesteuert werden, um in der Schwingungspausendauer abgeschaltet zu werden.
Mit solch einer Konfiguration kann die Ausgangspannung auf die eingestellte Ausgangsspannung stabilisiert werden.
In der oben beschriebenen Stromversorgungsvorrichtung kann die Schwingungseinheit einen Komparator umfassen, der dazu ausgelegt ist, ein durch einen Schwingungszeitkonstanten Schaltkreis bestimmtes Schwingungssignal mit einem Grenzwert zu vergleichen, um ein Rechteckwellenschwingungssignal als Steuersignal während der Schwingungsdauer auszugeben und wenn die Ausgangsspannung die eingestellte Ausgangsspannung überschreitet, kann das Vergleichssignal als ein Signal zum Einstellen einer Eingangsklemme des Schwingungssignals des Komparators auf ein niedrigeres Potential als eine Eingangsklemme des Grenzwerts des Komparators dienen.
In dieser Konfiguration, in der das Steuersignal durch den Komparator ausgegeben wird, der den Ausgang des zeitkonstanten Schaltkreises mit dem Grenzwert vergleicht, wird der Schwingungsausgang gestoppt durch Einstellen der Eingangsklemme des Schwingungssignals auf ein Potential das niedriger ist als die Eingangsklemme des Grenzwerts.
In der oben beschriebenen Stromversorgungsvorrichtung kann die Schwingungseinheit einen Komparator umfassen, der dazu ausgelegt ist, ein durch einen Schaltkreis mit konstanter Schwingungszeit bestimmtes Schwingungssignal mit einem Grenzwert zu vergleichen, um ein Rechteckwellenschwingungssignal als Steuersignal während der Schwingungsdauer auszugeben und die Schwingungseinheit kann das Tastverhältnis in der Schwingungsdauer des Steuersignals durch Verändern des Grenzwerts basierend auf der Eingangsspannung variabel steuern.
Mit solch einer Konfiguration wird es möglich, das Tastverhältnis gemäß der Eingangsspannung einfacher zu steuern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen gegeben ist, in denen:
1 eine erklärende Ansicht eines Stromerzeugungs-Systems mit einem Stromwandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Blockdiagramm des Stromwandlers der Ausführungsform ist;
3A bis 3E Wellenform-Diagramme eines Betriebs des Stromwandlers der Ausführungsform sind;
4 ein Schaltkreisdiagramm des Stromwandlers der Ausführungsform ist; und
5 ein Schaltkreisdiagramm ist, in dem ein Teil des Stromwandlers der Ausführungsform herausgezogen wurde.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird ein Stromwandler als eine Ausführungsform einer Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel eines Stromerzeugungssystems mit einem Stromwandler 1 gemäß der Ausführungsform.
Das Stromerzeugungssystem ist ein Beispiel eines Systems, in dem eine Gleichstromspannung zum Laden einer Batterie 5 durch einen Stromerzeugungsmotor 2, einen Generator 3 und den Stromwandler 1 erzielt wird.
Eine Umdrehung des Stromerzeugungsmotors 2 wird auf eine Welle des Generators 3 mittels eines Riemens 4 übertragen. Der Generator 3 nutzt die übertragene Rotationskraft um einen Strom durch beispielsweise ein Stromerzeugungsverfahren unter Einsatz von Permanentmagneten zu erzeugen.
Ein Ausgang des Generators 3 ist eine Wechselstromspannung und ein Einphasenausgang oder ein Dreiphasenausgang kann als Ausgang des Generators 3 ausgewählt werden. Der Generator 3 gibt eine Spannung aus, die proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit (RPM) der Welle des Generators 3 ist. Daher wird eine Spannung ausgegeben, die proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit des Stromerzeugungsmotors 2 ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Beschreibung angenommen, dass eine Wechselspannung mit drei Phasen (R-Phase, S-Phase und T-Phase) ausgegeben wird.
Der Stromwandler 1 beginnt jeden Betrieb unter Einsatz eines von dem Generator 3 ausgegebenen Stroms. Eine Eingangsspannung des Stromwandlers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform reicht von 0 V bis zu einem hohen Strom von 100 V Wechselstrom oder mehr.
Die Ausgangsspannung von dem Stromwandler 1 wird genutzt, um die Batterie 5 zu laden. Jedoch kann er für andere Vorgänge von verschiedenen elektrischen Vorrichtungen verwendbar sein.
Das oben beschriebene Stromerzeugungssystem kann zum Beispiel auch an einem ferngesteuerten Flugobjekt (ein ferngesteuerter Helikopter oder anderes Flugobjekt), einem Fahrzeug, oder Ähnlichem angebracht sein.
In dem oben genannten Fall kann ein Motor zum Antreiben von Rotorblättern zum Flug oder ein Motor für ein fahrendes Fahrzeug als der Stromerzeugungsmotor 2 genutzt werden. Der Ausgang des Stromwandlers 1 und die Ausgangsspannung von der Batterie 5 können als Betriebsspannungen von an dem Flugobjekt angebrachten elektrischen Komponenten, wie einem Funkempfänger, einer Kamera, ein Motor eines Gimbal (Kameramontagemechanismus) oder Ähnlichem genutzt werden.
Ferner ist es auch denkbar, die Ausgangsspannung des Stromwandlers 1 oder die Ausgangsspannung von der Batterie 5 als Stromquelle eines Motors zum Antreiben von Rotorblättern zum Fliegen oder eines Motors für ein fahrendes Fahrzeug zu nutzen.
2 zeigt eine Konfiguration des Stromwandlers 1.
Der Stromwandler 1 umfasst eine Gleichrichtereinheit 11, eine Spannungswandlungseinheit (DC/DC-Wandler) 12, eine Ausgangsfiltereinheit 13, eine Schwingungseinheit 14, eine Spannungsvergleichseinheit 15 und eine Spannungseinstelleinheit 16.
Die Gleichrichtereinheit 11 führt Dreiphasen-Gleichrichtung und Glättungsvorgänge an der von dem Generator 3 eingespeisten Dreiphasen-Wechselstromspannung aus. Dies bedeutet, dass die Gleichrichtereinheit 11 eine Gleichrichterdiode und einen Glättungskondensator umfasst und die gesamte Welle der Wechselstromspannung gleichrichtet und glättet um eine Gleichstromspannung auszugeben.
Die Spannung (im Folgenden als „Eingangsspannung V1” bezeichnet), die durch die Gleichrichtereinheit 11 in Gleichstrom konvertiert wurde, wird der Spannungswandlungseinheit 12 eingespeist. Die Spannungswandlungseinheit 12 führt eine Spannungswandlung der ihr zugeführten Eingangsspannung V1 durch um eine gewandelte Spannung (im Folgenden als „Ausgangsspannung V2” bezeichnet) zu erzielen.
Die Ausgangsspannung V2 wird als Gleichstromspannung an eine Last 150, so wie die Batterie 5 oder Ähnlichem, durch die Ausgangsfiltereinheit 13 ausgegeben. Die Ausgangsfiltereinheit 13 ist zum Beispiel ein einfacher Filter aus einer Drosselspule, einem Kondensator und einer Diode und ist für den Zweck der Reduzierung von Schaltungsrauschen vorgesehen, wodurch Rückflüsse beim Anschließen der Batterie 5 oder Ähnlichem vermieden werden, die Last 150 in parallel verbunden werden kann usw.
In der Spannungswandlungseinheit 12 wird ein Schaltelement für die Spannungswandlung genutzt. Das ON/OFF des Schaltelements wird durch ein von der Schwingungseinheit 14 ausgegebenes Steuersignal S1 gesteuert.
Die Schwingungseinheit 14 ist beispielsweise ein Rechteckwellenschwingungskreis unter Verwendung eines Komparators, wie in Bezug auf 4 und 5 beschrieben wird. Die Schwingungseinheit 14 gibt das Steuersignal S1 zum Steuern des Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung V1 und eines von der Spannungsvergleichseinheit 15 ausgegebenen Vergleichssignal S2 aus. Insbesondere ist die Schwingungseinheit 14 dazu ausgelegt, Schwingung zu beginnen, wenn die Eingangsspannung V1 eine vorbestimmte Schwingungsstartspannung Vst erreicht, was in Bezug auf 4 und 5 beschrieben wird. Jedoch wird eine Schwingungspausendauer durch das Vergleichssignal S2 erzeugt.
Die Schwingungseinheit 14 gibt das Steuersignal S1 basierend auf den Schwingungs- und Schwingungspausenvorgängen aus, aber ihr Schwingungszyklus ist konstant während das Tastverhältnis mit der Eingangsspannung V1 geändert wird.
Änderungen des Tastverhältnisses dienen dem Zweck einer vereinfachten Handhabung, wenn die Eingangsspannung V1 stark verändert wird oder wenn der Ausgangsstrom stark geändert wird.
Die Spannungswandlungseinheit 15 ist dazu ausgelegt, die Ausgangsspannung V2 mit einer eingestellten Ausgangsspannung Vtg der Spannungseinstelleinheit 16 zu vergleichen und das von dem Vergleichsergebnis erhaltene Vergleichssignal S2 an die Schwingungseinheit 14 auszugeben. Die eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist eine Zielspannung der Ausgangsspannung V2.
Der Betrieb des Stromwandlers 1 wird unter Bezugnahme auf 3A bis 3E beschrieben.
3A zeigt die Eingangsspannung V1, die in diesem Beispiel von 0 V graduell ansteigt.
3B zeigt die Ausgangsspannung V2. In 3B ist die Ausgangsspannung V2 gleich der Eingangsspannung V1 bis die Eingangsspannung V1 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg erreicht und wird gleich der eingestellten Ausgangsspannung Vtg durch den Betrieb der Spannungswandlungseinheit 12, wenn die Eingangsspannung V1 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet. In 3B ist gezeigt, dass die Ausgangsspannung V2 stabilisiert wird, um gleich der eingestellten Ausgangsspannung Vtg zu sein. Jedoch gibt es in der Praxis eine Variation in der Eingangsspannung V1 und diese Variation wird, wie in 3B gezeigt, durch das Steuersignal S1 stabilisiert, das das Schaltelement durch die Spannungsvergleichseinheit 15 steuert.
3C zeigt das Vergleichssignal S2, das von der Spannungseinheit 15 ausgegeben wird. Die Spannungsvergleichseinheit 15 gibt das Vergleichssignal S2 aus, welches ein niedriges Level (d. h. „ON”) hat, wenn die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet.
3D zeigt einen Schwingungszustand der Schwingungseinheit 14. In 3D bezeichnet eine schraffierte Fläche eine Schwingungspausendauer. Insbesondere stoppt die Schwingung der Schwingungseinheit 14 beispielsweise in einem Zeitraum (von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t1), bis die Eingangsspannung V1 die Schwingungsstartspannung Vst erreicht, in einem Zeitraum während dem das Vergleichssignal das Vergleichssignal S2 ein niedriges Level hat usw.
3E zeigt das von der Schwingungseinheit 14 ausgegebene Steuersignal S1. Obwohl die Spannungswandlungseinheit 12 durch das Steuersignal S1 gesteuert wird, erniedrigt die Spannungswandlungseinheit 12 nicht die Eingangsspannung V1 und gibt die Ausgangsspannung V2 aus, welche gleich der Eingangsspannung V1 in einem Zeitraum (zum Beispiel zum Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t1) ist, während dem die Eingangsspannung 1 niedriger als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist.
Nach dem Zeitpunkt t2, an dem die Eingangsspannung V1 gleich der oder höher als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg wird, wird die Eingangsspannung V1 basierend auf dem Steuersignal S1 abgeklemmt, um die Ausgangsspannung V2 auf die eingestellte Ausgangsspannung Vtg zu stabilisieren. Insbesondere wird einer Abschaltperiode (kumulative Periode) des Schaltelements (FET) länger wie die Eingangsspannung V1 höher wird.
Ein Beispiel einer spezifischen Schaltkreiskonfiguration des Stromwandlers 1, die die zuvor erwähnte Konfiguration umfasst, wird mit Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
4 zeigt ein Beispiel des gesamten Schaltkreises des Stromwandlers 1 und 5 zeigt hauptsächlich die Schwingungseinheit 14, die Spannungsvergleichseinheit 15 und die Spannungseinstelleinheit 16 des gesamten Schaltkreises von 4.
Die Drei-Phasen-Wechselstromspannung des Generators 3 wird an die in 4 gezeigten Klemmen 41, 42 und 43, gespeist. Die Eingänge von den Klemmen 41, 42 und 43 werden durch die Gleichrichtereinheit 11 gleichgerichtet. Die Gleichrichtereinheit 11 hat einen Glättungskondensator C1 und eine Dreiphasen-Diodenbrücke (D1a bis D1f), welche Dreiphasen-Gleichrichtung ausführt. Die Eingangsspannung V1 wird als ein Ausgang der Gleichrichtereinheit 11 zwischen einer positiven Elektrodenleitung 50 und einer negativen Elekrodenleitung 51 erzielt. Die negative Elektrodenleitung 51 ist eine Masseleitung.
Ferner sind eine Zener-Diode D2 und Widerstände R1 und R2 in Serie zwischen der positiven Elektrodenleitung 50 und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet. Wie in 5 gezeigt, sind diese Komponenten Teil der Schwingungseinheit 14 und ein Wert der Eingangsspannung V1, welcher die Schwingung der Schwingungseinheit 14 ermöglicht, wird durch die Widerstände R1 und R2 eingestellt. Die durch die Widerstände R1 und R2 bestimmte Spannung wird als eine Schwingungsstartspannung Vst' eingestellt.
Die Schwingungsstartspannung Vst' ist ein für die Schwingungseinheit 14 an dem Schaltkreis eingestellter Wert um die zuvor erwähnte Schwingungsstartspannung Vst zu erkennen. Angesichts des Betriebs der Schwingungseinheit 14 ist die Schwingungsstartspannung Vst' äquivalent zu der Schwingungsstartspannung Vst.
Die Eingangsspannung V1 zwischen der positiven Elektrodenleitung 50 und der negativen Elektrodenleitung 51 wird an die Spannungswandlungseinheit 12 gespeist. Die Spannungswandlungseinheit 12 empfängt die Eingangsspannung V1 und gibt die Ausgangsspannung V2 aus.
Die Spannungswandlungseinheit 12 ist als Gleichstromabwärtstransformator ausgelegt mit einem Feldeffektransistor (FET) 31 als Schaltelement, einer Drosselspule L1, einer Diode D3, einem Widerstand R3, einem Optokuppler Ph1 als Schaltsteuerung und einem ausgangsseitigen Kondensator C3.
Die Quelle und die Senke des FET 31 sind an der positiven Elektrodenleitung 50 angeordnet. Das Gate des FET 31 ist mit dem Optokuppler Ph1 verbunden um das Gate des FET 31 durch den Widerstand R3 anzusteuern.
Der Optokuppler Ph1 ist ein Element, in das FETs 47 und 48, jeweils als N-Kanal MOS-FET (Metalloxid-Halbleiter-FET), eine lichtemittierende Diode D10 und eine Photodiode D11 integriert sind.
Die Quelle des FET 47 und die Senke des FET 48 sind miteinander verbunden und das Gate des FET 31 ist verbunden mit der Quelle des FET 47 und mit der Senke des FET 48 durch den Widerstand R3.
Ein Kondensator C2 ist zwischen die Senke des FET 47 und die Quelle des FET 48 geschaltet. Die Senke des FET 47 ist mit einer positiven Ausgangsklemme eines Gleichstromwandlers 34 verbunden und die Quelle des FET 48 ist mit einer negativen Ausgangsklemme des Gleichstromwandlers 34 verbunden.
Zwischen der Senke des FET 47 und der Quelle des FET 48 wird von dem Gleichstromwandler 34 eine Gate-Ansteuerungsspannung V5 für die Schaltansteuerung des als Schaltelement dienenden FET 31 gespeist.
Die Photodiode D11 ist zwischen dem Gate des FET 48 und dem Gate des FET 47 geschaltet.
In dem Optokuppler Ph1 fließt, wenn Strom durch die lichtemittierende Diode D10 fließt, Strom durch die Photodiode D11 um die FETs 47 und 48 zu steuern. Dementsprechend wird die Gate-Spannung des FET 31 verändert. In diesem Beispiel wird der FET 31 angeschaltet wenn der Strom durch die lichtemittierende Diode D10 fließt.
Die Drosselspule L1 ist mit dem als Schaltelement dienenden FET 31 verbunden und die Kathode der Diode D3 ist mit dem Kontaktknoten zwischen dem FET 31 und der Drosselspule L1 verbunden. Die Anode der Diode D3 ist mit der negativen Elektrodenleitung 51 verbunden.
Ferner ist der Kondensator C3 zwischen einem Ausgangsende der Drosselspule L1 und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet.
Mit solch einer Konfiguration der Spannungswandlungseinheit 12 wird die Ausgangsspannung V2 an ihrer Ausgangsseite erzielt.
Die Spannungseinstelleinheit 16 mit einem Widerstand R4 und einem variablen Widerstand VR1 ist parallel zu dem Kondensator C3 geschaltet. Von einem Mittelabgriff des variablen Widerstands VR1 wird durch eine Spannungsteilung der Ausgangsspannung V2 eine eingestellte Ausgangsspannung Vtg' erzielt. Daher kann die eingestellte Ausgangsspannung Vtg' durch den variablen Widerstand VR1 einstellbar geändert werden. Die eingestellte Ausgangsspannung Vtg' wird an die Spannungsvergleichseinheit 15 gespeist, welche später in Bezug auf 5 beschrieben wird.
In dem in 2 gezeigten Blockdiagramm wird beschrieben, dass die Spannungsvergleichseinheit 15 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg mit der Ausgangsspannung V2 vergleicht. Jedoch wird in dem in 4 gezeigten Schaltkreisbeispiel die eingestellte Ausgangsspannung Vtg' durch eine Spannungsteilung der Ausgangsspannung V2 erzielt und die Spannungsvergleichseinheit 15 (d. h. ein Komparator 37) vergleicht die eingestellte Ausgangsspannung Vtg' mit einer festen Referenzspannung Vref, wie später beschrieben. Der Vergleich der eingestellten Ausgangsspannung Vtg' mit der Referenzspannung Vref ist äquivalent zu dem Vergleich der eingestellten Ausgangsspannung Vtg mit der Ausgangsspannung V2.
Für Erklärungszwecke wird angenommen, dass die eingestellte Ausgangsspannung Vtg gleich 12 V ist und die Spannungswandlungseinheit 12 derart betrieben wird, dass die Ausgangsspannung V2 gleich 12 V ist.
Die von der Spannungsvergleichseinheit 15 ausgegebene Ausgangsspannung V2 wird an die Ausgangsfiltereinheit 13 gespeist.
Die Ausgangsfiltereinheit 13 umfasst eine Spule L2, einen Kondensator C4 und Dioden D7 und D8.
Die Ausgangsspannung V2 wird zwischen Ausgangsklemmen 44 und 45 durch die Ausgangsfiltereinheit 13 erzielt. Die Ausgangsklemmen 44 und 45 sind mit der positiven Elektrode beziehungsweise der negativen Elektrode der in 2 gezeigten Last 150 verbunden.
Mit der positiven Elektrodenleitung 50, an der die Eingangsspannung V1 erzielt wird, wird über einen Widerstand R14 ein Kollektor eines Transistors 32, der ein NPN-bipolarer Transistor ist, verbunden. Eine Konstantstromdiode D4 ist zwischen dem Kollektor und einer Basis des Transistors 32 geschaltet und eine Kathode einer Zener-Diode D5 ist mit der Basis des Transistors 32 verbunden. Eine Anode der Zener-Diode D5 ist mit der negativen Elektrodenleitung 51 verbunden. Ferner ist ein Kondensator C5 zwischen der Basis des Transistors 32 und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet.
Ein Kondensator C6 ist zwischen einem Sender des Transistors 32 und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet und eine Spannung V4 an dem Sender des Transistors 32 wird an den Gleichstromwandler 33 eingegeben.
Ferner ist eine Kathode einer Diode D8 mit dem Sender des Transistors 32 verbunden. An eine Anode der Diode D8 wird die von der Spannungswandlungseinheit 12 ausgegebene Ausgangsspannung V2 angelegt.
Der Gleichstromwandler 33 generiert eine konstante Betriebsspannung V3 (zum Beispiel 5 V) aus der Eingangsspannung V4 und gibt diese aus.
In dieser Konfiguration wird die auf der Eingangsspannung V1 basierende Spannung V4 an den Gleichstromwandler 33 gespeist, bis die Ausgangsspannung V2 zum Beispiel 12 V erreicht. Mit anderen Worten ist während eines Zeitraums, in dem die Eingangsspannung V1 niedrig ist und die Ausgangsspannung V2 nicht 12 V erreicht, der Transistor 32 angeschaltet und die Spannung V4 am Sender des Transistors 32 wird zur Eingangsspannung des Gleichstromwandlers 33.
Wenn die Ausgangsspannung V2 12 V erreicht wird die Zener-Diode D5 deren Zener-Spannung auf 12 V eingestellt ist, leiten. Infolgedessen haben die Basis und der Sender des Transistors 32 das gleiche Potential, so dass der Transistor 32 ausgeschaltet wird. In diesem Zustand wird die Ausgangsspannung V2 durch die Diode D8 gespeist und wird zu der an den Gleichstromwandler 33 eingegebenen Spannung V4.
Ein Kondensator C7 ist zwischen der Ausgangsseite des Gleichstromwandlers 33 und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet.
Die Betriebsspannung V3, die die Ausgabe des Gleichstromwandlers 33 ist, wird an eine positive Stromversorgungsklemme eines integrierten Schaltkreises (IC) 35 als die Betriebsspannung des IC 35 gespeist. Der IC 35 ist ein Einzelversorgungs-Doppelkomparator, umfassend Komparatoren 36 und 37. Eine negative Stromversorgungsklemme des IC 35 ist mit der negativen Elektrodenleitung 51 verbunden.
Auch wird ferner die Betriebsspannung V3 an den kleinen Gleichstromwandler 34 gespeist. Der Gleichstromwandler 34 wandelt die Betriebsspannung V3 um die Gate-Antriebsspannung V5 für den Schaltansteuerung des FET 31 zu erzeugen.
Der Gleichstromwandler 34 ist vorgesehen, um die Gate-Antriebsspannung V5 zu einem frühen Zeitpunkt zu sichern. Zum Beispiel, wenn die Betriebsspannung V3 eine Gleichstromspannung von 5 V erreicht, erzeugt der Gleichstromwandler 34 die Gate-Antriebsspannung V5 von 12 V. Der Gleichstromausgangsbetrieb des Gleichstromwandlers 34 wird gestartet, wenn die Betriebsspannung V3 einen Wert von 3 V überschreitet.
Ferner ist an die Leitung der Betriebsspannung V3 eine Anode der lichtemittierenden Diode D10 des Optokupplers Ph1 durch einen Widerstand 13 geschaltet. Eine Kathode der lichtemittierenden Diode D10 ist mit einer Ausgangsklemme des Komparators 36 verbunden.
Die Betriebsspannung V3 wird geteilt durch Widerstände R5 und R6. Die geteilte Spannung wird als eine Referenzspannung Vref an eine positive (+) Eingangsklemme (nicht-invertierende Eingangsklemme) des Komparators 37 durch einen Widerstand R8 gespeist. Ferner ist, um Rauschen zu entfernen, ein Kondensator C8 zwischen einem Verbindungsknoten der Widerstände R5 und R6 und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet.
Ferner ist ein Widerstand R7 zwischen der Ausgangsklemme und der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Komparators 37 geschaltet.
Die zuvor beschriebene eingestellte Ausgangsspannung Vtg' wird an eine negative (–) Eingangsklemme (invertierende Eingangsklemme) des Komparators 37 gespeist.
Der Ausgang des Komparators 37 ist das Vergleichssignal S2. Eine Ausgangsklemme des Komparators 37 ist mit einer invertierenden Eingangsklemme des Komparators 36 durch einen Widerstand R9 verbunden.
Ein Kondensator C9 ist zwischen der positiven Stromversorgungsklemme und der negativen Stromversorgungsklemme des IC 35 geschaltet.
Ein Widerstand R10 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und der Ausgangsklemme des Komparators 36 geschaltet und ein Kondensator C10 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und der negativen Elektrodenleitung 51 geschaltet.
Ein Widerstand R11 ist zwischen der nicht-invertierenden Eingangsklemme und der Ausgangsklemme des Komparators 36 geschaltet und ein Widerstand R12 ist zwischen der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Komparators 36 und dem Verbindungsknoten der Widerstände R1 und R2 geschaltet.
Der Betrieb des Stromwandlers 1 wird unter Bezugnahme auf 3A bis 3E und 5, die hauptsächlich die Schwingungseinheit 14, die Spannungsvergleichseinheit 15 und die Spannungseinstelleinheit 16 der obigen Konfigurationen zeigt, beschrieben.
Zunächst wird die eingestellte Ausgangsspannung Vtg' an die invertierende Eingangsklemme des Komparators 37 der Spannungsvergleichseinheit 15 gespeist und die Referenzspannung Vref wird an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 37 der Spannungsvergleichseinheit 15 gespeist. Dann gibt der Komparator 37 der Spannungsvergleichseinheit 15 das Vergleichssignal S2 als das Vergleichsergebnis aus. Insbesondere wird, wenn die Ausgangsspannung V2 die vorbestimmte Ausgangsspannung Vtg überschreitet (siehe 3A bis 3E), der Ausgang des Komparators 37 eingestellt, so dass er ein Verhältnis hat, dass die eingestellte Ausgangsspannung Vtg' größer als die Referenzspannung Vref ist (d. h. Vtg' > Vref). In diesem Fall wird das Vergleichssignal S2 des Komparators 37 ein niedriges Level (ON). Wenn die Ausgangsspannung V2 kleiner als die vorbestimmte eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist, wird das Vergleichssignal S2 ein hohes Level (OFF).
Der Komparator 36 der Schwingungseinheit 14 ist als ein Schwingungsschaltkreis mit einer Zeitkonstante ausgelegt, die durch den Widerstand R10 und dem mit der invertierenden Eingangsklemme verbundenen Kondensator C10 bestimmt ist. Das von dem Komparator 36 ausgegebene Steuersignal S1 ist ein Signal mit einer Schwingungsfrequenz, die durch die Zeitkonstante dieses Schwingungsschaltkreises bestimmt ist.
Die Schwingungsstartspannung Vst ist durch die Widerstände R1 und R2 bestimmt. Wenn die Eingangsspannung V1 die Schwingungsstartspannung Vst erreicht, wird die Schwingung der Schwingungseinheit 14 gestartet. Die Schwingungsstartspannung Vst' wird so eingestellt, dass die Schwingung beginnt, wenn die Eingangsspannung V1 in einem Bereich von 2 V bis 3 V ist, zum Beispiel.
Ferner wird ein Grenzwert durch die Widerstände R11 und R12 bestimmt. Zum Beispiel wird ein Grenzwert eingestellt, um mit einer durch den Schwingungsschaltkreis erzeugten Dreieckswelle verglichen zu werden und infolge des Vergleichs wird ein Steuersignal S1 als ein Rechteckwellenschwingungssignal ausgegeben.
Beispielsweise werden R13, R10, R11, R12 und R9 auf 680 ΩΩ, 51 kΩ, 47 kΩ bzw. 10 kΩ eingestellt.
Hier wird ein Betrieb zwischen dem Zeitpunkt t0, an dem die Eingangsspannung V1 0 V ist und dem Zeitpunkt t1, wenn die Eingangsspannung V1 graduell von dem Zeitpunkt t0 wie in 3A bis 3E gezeigt, erhöht wird, beschrieben. Mit anderen Worten wird der Betrieb in einem Zeitraum beschrieben, während dem die Eingangsspannung V1 nicht die Schwingungsstartspannung Vst erreicht hat.
Ferner wird der Betrieb ausgeführt unter der Annahme, dass die Betriebsspannung V3 von zum Beispiel 5 V als Stromversorgungsspannung dient, wenn die Eingangsspannung V1 niedriger als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist.
In dem Komparator 37 der Spannungswandlungseinheit 15 ist während dieses Zeitraums die Spannung (d. h. die eingestellte Ausgangsspannung Vtg') der invertierenden Eingangsklemme niedriger als die Spannung (d. h. die Referenzspannung Vref) der nichtinvertierenden Eingangsklemme. Somit wird das Vergleichssignal S2 in einem OFF (offener Stromkreis) Zustand erhalten.
Ferner wird während dieses Zeitraums die Schwingung der Schwingungseinheit 14 nicht durchgeführt.
Da die Betriebsspannung V3 an die Anode der lichtemittierenden Diode D10 des Optokupplers Ph1 gespeist wird, fließt Strom durch die lichtemittierende Diode D10. Dies bedeutet, dass der Strom durch einen Pfad fließt: Die Betriebsspannung V3 (Stromversorgung von 5 V Gleichstrom) – der Widerstand R10 – die lichtemittierende Diode D10 – der Widerstand R10 – der Kondensator C10. Wie der Strom durch den obigen Pfad fließt, wird die Spannung der invertierenden Eingangsklemme höher als die Spannung der nichtinvertierenden Klemme in dem Komparator 36 der Schwingungseinheit 14. Somit wird der Ausgang des Komparators 36 bei einem niedrigen Level (Kurzschluss) gehalten während die Schwingung gestoppt ist.
Dementsprechend bleibt der FET 31 angeschaltet und somit ist die Ausgangsspannung V2 die gleiche wie die Eingangsspannung V1.
Ein Betrieb während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2, der ein Zeitraum ist, nachdem die Eingangsspannung V1 weiter erhöht wurde und die Schwingungsstartspannung Vst erreicht wird im Folgenden beschrieben.
Obwohl die Ausgangsspannung V2 niedriger als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist, beginnt die Schwingungseinheit 14 zu schwingen, wenn die Eingangsspannung V1 die Schwingungsstartspannung Vst überschreitet.
Jedoch ist es möglich, durch Einstellen der Schwingungsstartspannung Vst (d. h. Einstellen von Vst') näher an die eingestellte Ausgangsspannung Vtg (d. h. Einstellen von Vtg'), den Schwingungsstoppzustand beizubehalten, bis die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg erreicht. 3A bis 3E zeigen diesen Zustand, in dem die Schwingung nicht gestartet wurde, durch Benutzung der obigen Einstellung.
Somit wird das Steuersignal S1, welches der Ausgang der Schwingungseinheit 14 (der Komparator 36) ist, an dem niedrigen Level (ON) gehalten, der Strom fließt durch die lichtemittierende Diode D10 und der FET 31 bleibt angeschaltet. Folglich ist die Ausgangsspannung V2 die gleiche wie die Eingangsspannung V1.
Ein Betrieb nach dem Zeitpunkt t2, an dem die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg erreicht, wird im Folgenden beschrieben. Wenn die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet, wird die Spannung (d. h. die eingestellte Ausgangsspannung Vtg') der invertierenden Eingangsklemme höher als die Spannung (d. h. die Referenzspannung Vref) der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Komparators der Spannungsvergleichseinheit 15. Somit wird das Vergleichssignal S2 das niedrige Level (ON).
Hier ist die Ausgangsklemme des Komparators 37 mit der invertierenden Eingangsklemme des Komparators 36 der Schwingungseinheit 14 durch den Widerstand R9 verbunden. Mit anderen Worten wird, wenn das Vergleichssignal S2 das niedrige Level wird, die invertierende Eingangsklemme des Komparators 36 (d. h. der Schwingungsschaltkreis) heruntergezogen auf das niedrige Level (zum Beispiel das Masse-Niveau), so dass die Schwingung der Schwingungseinheit 14 gestoppt wird.
Mit anderen Worten wird, wenn die Ausgangsspannung V2 hoch wird und das Vergleichssignal S2 das niedrige Level (ON) wird, die Schwingung der Schwingungseinheit 14 gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung der invertierenden Eingangsklemme des Komparators 36 niedriger als die Spannung der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Komparators 36. Somit bleibt die Ausgangsklemme des Komparators 36 in offenem Schaltkreis.
In diesem Fall wird, da kein Strom durch die lichtemittierende Diode D10 des Optokupplers Ph1 fließt, der FET 31 abgeschaltet.
Ferner werden die Werte der Widerstände R10 und R9 gleich 51 kΩ bzw. 10 kΩ eingestellt, welche höher als der Widerstand von R13, der wie oben beschrieben auf 680 Ω eingestellt wurde, sind. Somit fließt nicht genug Strom, um die lichtemittierende Diode D10 anzuschalten, obwohl der Komparator 37 der Spannungsvergleichseinheit 15 in dem „ON”-Zustand (d. h. das niedrige Level) ist und der FET nicht angeschaltet ist. Dies ist so, weil die Ausgangsklemme des Komparators 36 in offenem Schaltkreis ist und die Spannung über die lichtemittierende Diode D10 gleich oder niedriger als der Grenzwert ist, selbst wenn man den Strompfad durch den Widerstand R10 betrachtet.
Da der FET 31 abgeschaltet ist, wird die Ausgangsspannung V2 verringert.
Wenn die Ausgangsspannung V2 niedriger als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg wird, wird das Vergleichssignal S2 zum hohen Level (OFF) und die Schwingung der Schwingungseinheit 14 wird gestartet. Die ON/OFF-Steuerung des FET 31 wird durch das von der Schwingungseinheit 14 ausgegebene Steuersignal S1 fein durchgeführt.
Hier variiert der Grenzwert, der an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 36 angelegt wird, in Antwort auf die Eingangsspannung V1.
Somit wird während der Schwingung das Tastverhältnis des hohen Levels (OFF) zum niedrigen Level (ON) des Steuersignals S1 verändert, basierend auf der Eingangsspannung V1.
Insbesondere ist, wie in 3A bis 3E gezeigt, wenn die Eingangsspannung V1 etwas höher als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist, der Zeitraum des niedrigen Levels (ON) des Steuersignals S1 relativ lang. Gleichzeitig wird, wenn die Eingangsspannung V1 beträchtlich höher als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg (zum Beispiel nach dem Zeitpunkt t3) ist, der Zeitraum des niedrigen Levels (ON) des Steuersignals S1 kürzer. Dies bedeutet, dass der Zeitraum, in dem der FET 31 angeschaltet ist (d. h. ON-Zeit in der Einheitsdauer), kürzer wird wie die Eingangsspannung V1 höher wird.
Mit anderen Worten wird, wenn die Eingangsspannung V1 beträchtlich höher als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg wird, die Schwingung gestoppt und der FET wird abgeschaltet in Antwort auf den Anstieg der Ausgangsspannung V2. Ferner wird der OFF-Zeitraum während der Schwingung länger eingestellt. Somit wird es möglich, die Stabilisierung der Ausgangsspannung V2 auf die eingestellte Ausgangsspannung Vtg zu erleichtern.
Der Stromwandler 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst die Gleichrichtereinheit 11, die dazu ausgelegt ist, eine Wechselstromeingangsspannung gleichzurichten, und das Schaltelement (d. h. den FET 31). Der Stromwandler 1 umfasst ferner die Spannungswandlungseinheit 12, die dazu ausgelegt ist, die durch die Gleichrichtereinheit 11 gleichgerichtete Eingangsspannung V1 zu empfangen und die durch den Schaltvorgang des FET 31 spannungsgewandelte Ausgangsspannung V2 zu erzielen. Zusätzlich umfasst der Stromwandler 1 auch die Spannungsvergleichseinheit 15, die dazu ausgelegt ist, das Vergleichssignal S2 zwischen der Ausgangsspannung V2 und der eingestellten Ausgangsspannung Vtg zu erzeugen, und die Schwingungseinheit 14. Die Schwingungseinheit 14 ist dazu ausgelegt, das Steuersignal S1 mit der Schwingungsdauer und der Schwingungspausendauer als ein Steuersignal zur Steuerung des ON/OFF des FET 31 auszugeben. Die Schwingungsdauer und die Schwingungspausendauer des Steuersignals S1 werden durch das von der Spannungsvergleichseinheit 15 ausgegebene Vergleichssignal S2 gesteuert und das Tastverhältnis des Steuersignals S1 in der Schwingungsdauer wird basierend auf der Eingangsspannung V1 variabel gesteuert.
Dies bedeutet in Bezug auf das Steuersignal S1 zur Steuerung des ON/OFF des Schaltelements (des FET 31), dass die Schwingungsdauer in Antwort auf die Ausgangsspannung V2 gesteuert wird, während das Tastverhältnis in Antwort auf die Eingangsspannung V1 gesteuert wird. Somit wird es möglich, mit einem breiten Bereich von Eingangsspannungen umzugehen.
Mit solch einer Konfiguration des oben beschriebenen Stromwandlers 1 ist es möglich, einen Stromwandler zu realisieren, der als ein sogenannter Gleichrichtregler genutzt werden kann.
Bei Nutzung des Stromwandlers als Gleichrichtregler wird ein Eingangsbereich von 0 V Wechselstrom bis 100 V Wechselstrom oder mehr benötigt und eine stabilere Ausgangsspannung wird benötigt für die Steuergenauigkeit der Ausgangsspannung. Diese Anforderungen können durch Nutzung des Stromwandlers 1 in der oben beschriebenen Ausführungsform realisiert werden.
Wie zuvor beschrieben wird – wenn der Stromwandler dazu ausgelegt ist, auf den breiten Bereich von Eingangsspannungen zu antworten – die Last auf die Peripherieelemente größer, wenn der Gleichstromwandler die Spannungssteuerung nur mittels der PWM-Steuerung des Schaltelements durchführt.
Jedoch kann – in dem Fall des Stromwandlers gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform – die Last auf die Peripherieelemente aufgrund des Tastverhältnisses durch Steuern der Ausgangsspannung V2 verringert werden, indem in Antwort auf die Eingangsspannung V1 der Zeitraum, während dem die Ansteuerung des FET 31 der Spannungswandlungseinheit 12 (Gleichstromwandler) gestoppt ist, variiert wird.
Zusätzlich wird die Genauigkeit der Ausgangsspannungssteuerung verbessert durch zusätzliches Anwenden einer Hysteresesteuerung (Steuerung des Tastverhältnisses) auf die Ansteuerung des FET 31 der Spannungswandlungseinheit 12 während dem Erkennen der Fluktuation der Ausgangsspannung V2.
Ferner werden in dem Beispiel der JP H01-148072A mehrere FETs genutzt um die Eingangsspannung des Gleichstromwandlers zu steuern, um mit einem breiten Bereich von Eingangsspannungen umgehen zu können. Jedoch kann in der oben beschriebenen Ausführungsform ein FET 31 genutzt werden, um mit dem breiten Bereich von Eingangsspannungen umgehen zu können.
Wenn eine Stromerzeugung des Generators 3 gestartet wird, kann die Ausgangsspannung V2 durch Nutzung einer kleinen Spannung ausgegeben werden. Dies liegt daran, dass, wenn die Eingangsspannung V1 gleich oder niedriger als die eingestellte Ausgangsspannung Vtg ist, der Ausgang der Gleichrichtereinheit 11 selber als die Ausgangsspannung V2 genutzt werden kann.
Ferner gibt die Spannungsvergleichseinheit 15 der oben beschriebenen Ausführungsform, wenn die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet, das Vergleichssignal S2 aus, um zu veranlassen, dass das Steuersignal S1 der Schwingungseinheit 14 in einem Zustand der Schwingungspausendauer ist. In dieser Schwingungspausendauer wird der FET 31 gesteuert, sodass er abgeschaltet ist.
Dementsprechend kann eine Stabilisierung der Ausgangsspannung V2 auf die eingestellte Ausgangsspannung Vtg realisiert werden, durch Verringern der Ausgangsspannung V2 in Antwort auf den Anstieg der Ausgangsspannung V2.
Ferner ist in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Zeitraum (zum Beispiel von dem Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1) während dem die Eingangsspannung V1 nicht die Schwingungsstartspannung Vst erreicht, die Schwingungspausendauer und der FET 31 ist in diesem Zeitraum angeschaltet.
Ferner wird in dem Fall, wo die Eingangsspannung V1 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet, die invertierende Eingangsklemme des Komparators 36 auf 0 V (Masse-Potential) eingestellt, wenn die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet, und dieser Zeitraum wird zur Schwingungspausendauer. Jedoch ist in diesem Zeitraum der FET 31 abgeschaltet.
Mit anderen Worten kann der FET an- oder abgeschaltet werden, wenn die Schwingung gestoppt wird. Wenn die Eingangsspannung V1 nicht die Schwingungsstartspannung Vst erreicht, ist der FET 31 kontinuierlich angeschaltet während die Schwingung gestoppt ist. Somit ist es geeignet, um die Ausgangsspannung V2 schnell zu erhöhen. Dann ist der FET 31 kontinuierlich abgeschaltet, während die Schwingung gestoppt ist, wenn die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet. Somit wird der Spannungsanstieg effektiv unterdrückt und es ist für die Stabilisierung geeignet.
Ferner umfasst die Schwingungseinheit 14 den Komparator, der das Schwingungssignal, welches durch den Schwingungszeit-konstanten Schaltkreis mit dem Widerstand R10 und dem Kondensator C10 bestimmt ist, mit einem Grenzwert vergleicht um ein Rechteckwellenschwingungssignal als ein Steuersignal während der Schwingungsdauer auszugeben. Wenn die Ausgangsspannung V2 die eingestellte Ausgangsspannung Vtg überschreitet, dient das Vergleichssignal S2 als ein Signal zum Einstellen der Eingangsklemme (d. h. der invertierenden Eingangsklemmen) des Schwingungssignals des Komparators 36 auf ein niedrigeres Potential als die Eingangsklemme (d. h. die nicht-invertierende Eingangsklemme) des Grenzwerts des Komparators 36.
In dem Fall, wo das Steuersignal S1 durch den Komparator 36 ausgegeben wird, um den Ausgang des Schwingungszeit-konstanten Schaltkreises mit dem Grenzwert (dem Potential an dem Verbindungsknoten von R11 und R12) zu vergleichen, kann der Schwingungsausgang gestoppt werden, indem die invertierende Eingangsklemme an die das Schwingungssignal eingegeben wird, auf das Potential (zum Beispiel das Masse-Potential) eingestellt wird, welches niedriger als das der nicht-invertierenden Eingangsklemme ist, an die der Grenzwert eingegeben wird.
In dieser Konfiguration ist es möglich, den Stopp und Wiederbeginn der Schwingung schnell durchzuführen und es ist auch geeignet für die Stabilisierungssteuerung der Ausgangsspannung V2.
Zusätzlich steuert die Schwingungseinheit 14 das Tastverhältnis variabel in der Schwingungsdauer des Steuersignals S1 durch Veränderung des Grenzwerts (d. h. der nichtinvertierenden Eingangsklemmenspannung des Komparators 36) basierend auf der Eingangsspannung V1. Insbesondere wird in dem Schaltkreis der oben beschriebenen Ausführungsform der Grenzwert eingestellt durch Teilen der Eingangsspannung V1. Dies macht es einfacher, das Tastverhältnis gemäß der Eingangsspannung V1 zu steuern.
Obwohl der Stromwandler 1 gemäß der Ausführungsform oben beschrieben wurde, sind die in 4 und 5 gezeigten Schaltkreise nur Beispiele und andere Schaltkreisbeispiele können verwendet werden.
Ferner kann die Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden für andere als das in 1 gezeigte Stromversorgungssystem.
Wenngleich die Erfindung in Bezug auf die Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Änderungen und Anpassungen gemacht werden können, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 01-148072 [0003]
JP 01-148072 A [0003, 0125]

Claims

Stromversorgungsvorrichtung umfassend: eine Gleichrichtereinheit, dazu ausgelegt, eine Wechselstromeingangsspannung gleichzurichten; eine Spannungswandlungseinheit umfassend ein Schaltelement und dazu ausgelegt, eine gleichgerichtete Eingangsspannung von der Gleichrichtereinheit zu empfangen und eine durch einen Schaltvorgang des Schaltelements spannungsgewandelte Ausgangsspannung zu erzielen; eine Spannungsvergleichseinheit, dazu ausgelegt, ein Vergleichssignal zwischen der Ausgangsspannung und einer eingestellten Ausgangsspannung zu erzeugen; und eine Schwingungseinheit, dazu ausgelegt, ein Steuersignal mit einer Schwingungsdauer und einer Schwingungspausendauer als ein Steuersignal auszugeben um ein ON/OFF des Schaltelements zu steuern, wobei die Schwingungsdauer und die Schwingungspausendauer des Steuersignals durch das von der Spannungsvergleichseinheit ausgegebene Vergleichssignal gesteuert werden und ein Tastverhältnis des Steuersignals in der Schwingungsdauer basierend auf der Eingangsspannung variabel gesteuert wird.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die Ausgangsspannung die eingestellte Ausgangsspannung überschreitet, die Spannungsvergleichseinheit das Vergleichssignal ausgibt, um das Steuersignal der Schwingungseinheit dazu zu veranlassen, in einem Zustand der Schwingungspausendauer zu sein, und das Schaltelement gesteuert wird, um in der Schwingungspausendauer abgeschaltet zu sein.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schwingungseinheit einen Komparator umfasst, der dazu ausgelegt ist, ein durch einen Schwingungszeit-konstanten Schaltkreis bestimmtes Schwingungssignal mit einem Grenzwert zu vergleichen, um ein Rechteckwellenschwingungssignal als ein Steuersignal während der Schwingungsdauer auszugeben, und wobei wenn die Ausgangsspannung die eingestellte Ausgangsspannung überschreitet, das Vergleichssignal als ein Signal zum Einstellen einer Eingangsklemme des Schwingungssignals des Komparators auf ein niedrigeres Potential als eine Eingangsklemme des Grenzwerts des Komparators dient.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schwingungseinheit einen Komparator umfasst, der dazu ausgelegt ist, ein durch einen Schwingungszeit-konstanten Schaltkreis bestimmtes Schwingungssignal mit einem Grenzwert zu vergleichen, um ein Rechteckwellenschwingungssignal als ein Steuersignal während der Schwingungsdauer auszugeben, und wobei die Schwingungseinheit das Tastverhältnis in der Schwingungsdauer des Steuersignals durch Verändern des Grenzwerts basierend auf der Eingangsspannung variabel steuert.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Schwingungseinheit das Tastverhältnis in der Schwingungsdauer des Steuersignals durch Verändern des Grenzwerts basierend auf der Eingangsspannung variabel steuert.