DE102022203768A1

DE102022203768A1 - Getakteter elektronischer gleichspannungswandler mit mehreren unabhängigen ausgängen

Info

Publication number: DE102022203768A1
Application number: DE102022203768.5A
Authority: DE
Inventors: Felix Franck
Original assignee: Inventronics GmbH
Current assignee: Inventronics De GmbH
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen isolierenden Gleichspannungswandler mit mindestens zwei Ausgängen, wovon mindestens einer auf der Primärseite und mindestens einer auf der Sekundärseite liegt und alle unabhängig voneinander regelbar sind, wobei nur ein einziger Leistungstransistor auf der Primärseite aktiv getaktet wird. Der Gleichspannungswandler umfasst mindestens einen Binnenkondensator, wie er typisch für die Öuk-, Zeta- und SEPIC-Topologie ist. Alle seine Ausgänge bis auf einen beinhalten eine Ausgangsmasche umfassend einen Speicherkondensator für die zugehörige Ausgangsspannung, eine freie Induktivität und eine Leistungsdiode. Mindestens eine freie Induktivität gehört auch zu einem unterlagerten Tiefsetzsteller (Buck), der von einem Hilfsschalter und einer weiteren Freilaufdiode vervollständigt wird, und der mittels des Hilfsschalters eine folgende Ausgangsspannung regelt. Der Hilfsschalter ist dabei mit einem Binnenkondensator verbunden.

Description

Technisches Gebiet
Mehrere Schaltungstopologien für einen getakteten elektronischen Gleichspannungswandler sind angegeben, die jeweils genau einen aktiven Leistungsschalter oder Leistungstransistor samt zugehöriger Umgebungsmessung, Regelung und Ansteuerung umfassen, wobei die Position des Leistungstransistors eine Primärseite des Gleichspannungswandlers definiert, und die jeweils mindestens zwei voneinander unabhängig regelbare Ausgänge aufweisen, wobei mindestens ein erster Ausgang auf einer von der Primärseite galvanisch getrennten Sekundärseite des Leistungswandlers liegt, und wobei mindestens ein zweiter Ausgang auf der Primärseite des Leistungswandlers liegt. Das Bezugspotenzial des zweiten Ausgangs ist dabei identisch mit einem Bezugspotenzial für die Primärseite des Gleichspannungswandlers. Solche Gleichspannungswandler mit mehreren Ausgängen werden häufig zur Erzeugung von internen Hilfsspannungen in größeren übergeordneten elektronischen Geräten benötigt oder werden „stand alone“ betrieben, bspw. als Ladegeräte für tragbare elektronische Kleingeräte. Da die Belastungen der Hilfsspannungen sehr unterschiedlich sein können, ist eine unabhängige Regelbarkeit der mindestens zwei Ausgänge unabdingbar. Der nur eine Leistungstransistor auf der Primärseite ermöglicht jedoch nur einen Regelkreis, weshalb für den mindestens einen zweiten Ausgang mindestens ein Hilfsschalter vorgesehen ist. Die angegebenen Schaltungstopologien erlauben einen besonders einfachen und störsicheren Betrieb des Hilfsschalters ohne weitere Zusatzvorrichtungen.
Hintergrund
Interne Hilfsspannungsversorgungen sind in der überwiegenden Mehrheit der Fälle Gleichspannungswandler. Denn ihre Energiequelle ist genauso wie diejenige für den Rest eines übergeordneten Geräts der Eingangsanschluss für elektrische Energie, die meist als Wechselspannung in der Höhe von wenigen hundert Volt vorliegt, die zunächst gleichgerichtet werden muss und oft auch noch über einen Leistungsfaktorkorrektor läuft, wobei sich der Gleichspannungswert jedes Mal erhöht und über dem Spitzenwert der Wechselspannung liegen kann, die ein ganzes übergeordnetes Gerät mit Energie versorgt. Weil die Hilfsspannungen im Bereich von wenigen Volt bis zu wenigen dutzend Volt liegen, müssen Hilfsspannungsversorgungen grundsätzlich tiefsetzenden Charakter haben.
Interne Hilfsspannungsversorgungen dürfen nicht viel kosten. Deswegen enthalten sie hier grundsätzlich nur genau einen aktiv getakteten Leistungsschalter oder Leistungstransistor. Solche Leistungstransistoren, die für eine Anwendung als einziger aktiv getakteter Schalter in einem Gleichspannungswandler vorgesehen sind, gibt es mannigfaltig als integrierte Schaltungen in Form sogenannter „Tiny-Switches“, in denen ein Großteil der Umgebungsmessung, Regelung und Ansteuerung bereits integriert ist, bspw. von den Firmen STM, ONsemi, Infineon, SANAN, „Monolithic Power Systems“ oder „Power Integrations“.
Oft liegt der Bedarfspunkt für eine Hilfsspannung auf einem anderen Potenzial als der Minuspol von Gleichrichter und - sofern vorhanden - Leistungsfaktorkorrektor als häufigstes Bezugspotenzial des übergeordneten Geräts, oder die Hilfsspannung muss demgegenüber sogar floaten können. Dabei definiert besagter Minuspol das Bezugspotenzial der Primärseite der Hilfsspannungsversorgung, und ihre Sekundärseite ist auf das Bezugspotenzial des Bedarfspunktes bezogen. Daher besitzen alle hier angegebenen Schaltungstopologien für getaktete Gleichspannungswandler als Hilfsspannungsversorgungen mindestens einen Transformator, der die geforderte galvanische Barriere derart überbrückt, dass elektrische Leistung und elektrische Informationen von ihm übertragbar sind, ohne dabei die Bezugspotenziale von Primär- und Sekundärseite gegenseitig zu beeinflussen.
Zu guter Letzt werden in einen übergeordneten elektronischen Gerät an verschiedenen Stellen oft verschiede Hilfsspannungen benötigt, deren Gesamtleistungsbedarf aber dennoch so gering ist, dass ein einziger aktiv getakteter Leistungstransistor für die Summe aller Leistungen an allen Hilfsspannungen ausreicht. Die hier angegebenen Schaltungstopologien weisen daher mindestens zwei Ausgänge für zwei Hilfsspannungen auf, wobei ein erster Ausgang auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers für die Hilfsspannungsversorgung liegt, und wobei ein zweiter Ausgang auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers liegt derart, dass das Bezugspotenzial des zweiten Ausgangs mit dem Bezugspotenzial der Primärseite zusammenfällt. Ferner ist bekannt, welche der Hilfsspannungen höher und v.a. gleichmäßiger belastet ist. Auf diese Hilfsspannung, die im Weiteren als „führende Hilfsspannung“ bezeichnet wird, ist die Regelung des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors des Gleichspannungswandlers ausgerichtet. Die Regelung des mindestens einen zweiten Ausgangs, an dem mindestens eine nichtführende und somit „folgende Hilfsspannung“ anliegt, übernimmt der mindestens eine Hilfsschalter, wofür die Schaltungstopologien entsprechend ausgelegt sind. Auf diese Weise entstehen zwei Typen von Schaltungstopologien, ein Typ „S“, bei dem die führende Hilfsspannung am ersten Ausgang auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers abgegeben wird, und ein Typ „P“, bei dem die führende Hilfsspannung am zweiten Ausgang auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers abgegeben wird.
Vier grundlegende Schaltungstopologien mit genau einem aktiv getakteten Leistungstransistor und genau einer gleichrichtenden Leistungsdiode sind bekannt, die einen isolierenden Transformator als induktiven Teil ihrer Topologie enthalten oder enthalten können. Dies sind Flyback, Cuk, Zeta und SEPIC, welche Begriffe im Weiteren oft allein, also ohne ein nachfolgendes „-Wandler“ oder „-Konverter“ oder „-Topologie“ verwendet werden. Taucht im Text beispielsweise „... Zeta ..." auf, ist damit immer ein kompletter Gleichspannungswandler in der Zeta-Topologie gemeint. Die Forward-Topologie bleibt hier unberücksichtigt, weil sie aufgrund ihrer zwei obligaten Leistungsdioden auf der Sekundärseite und aufgrund einer dritten obligaten Entmagnetisierungsdiode die Anforderung „genau eine gleichrichtende Leistungsdiode“ deutlich verfehlt.
Die Auslegung der gesamten Schaltungstopologie entsprechend der mindestens zwei Ausgänge umfasst im Wesentlichen jeweils eine Kombination aus zwei der vier Grundtopologien Flyback, Cuk, Zeta und SEPIC als Bestandteile ein und desselben Gleichspannungswandlers, wodurch dieser mindestens zwei gleichrichtende Leistungsdioden bekommt. Eine dazugehörige Schaltungstopologie wird bspw. mit „Doppel-Zeta-S“ bezeichnet, wenn beide Ausgänge auf der Zeta-Topologie beruhen, und wenn die führende Hilfsspannung auf der Sekundärseite liegt. Oder sie heißt „SEPIC-Cuk-P“, wenn der primärseitige Ausgang auf der SEPIC-Topologie und der sekundärseitige Ausgang auf der Cuk-Topologie basiert, und wenn gleichzeitig die führende Hilfsspannung auf der Primärseite gebraucht wird.
Soll die angegebene Schaltungstopologie für einen getakteten elektronischen Gleichspannungswandler mit mindestens zwei Ausgängen „stand alone“, also ohne ein größeres übergeordnetes elektronisches Gerät, betrieben werden, befindet sich auf der linken Seite ihres Gleichspannungseingangs zumeist der Ausgang eines Netzgleichrichters in Grätz-Brückenschaltung, an deren Diagonale eine Wechselspannungsnetzversorgung zumindest niederohmig angeschlossen ist. Wenn die dort entnommene Leistung 5 W oder insbesondere 25 W übersteigt, muss der Gleichspannungswandler neben der Regelung seiner mindestens zwei Ausgangsspannungen zusätzlich oft den Strom, der der Netzversorgung entnommen wird, auf eine Form regeln, die der Form der Netzwechselspannung in etwa entspricht. In den Gleichspannungswandler ist oft eine Leistungsfaktorkorrektur oder PFC mit aufzunehmen. Weil die meisten integrierten aktiv getakteten Leistungstransistoren dazu nicht in der Lage sind, zerfallen sie bei solchen Anwendungen wieder in ihre Ursprungsbaugruppen Umgebungsmessung, Regelung, Ansteuerung und eigentlicher aktiv getakteter Leistungstransistor. Insbesondere die ersten beiden Baugruppen sind in einem „stand alone“-Betrieb deutlich komplexer. Bei solch einem PFC-Betrieb oder „standing alone“ ist auch eine Begrenzung von Stromspitzen beim erstmaligen Einschalten des Gleichspannungswandlers (eine Begrenzung des sogenannten „inrush current“s oder eine Einschaltstrombegrenzung) wesentlich, die hier besonders gut gegeben ist. Denn die im Vergleich zu üblichen Filter-, Speicher- oder Pufferkondensatoren kleinen Binnenkondensatoren, die in jedem Öuk, Zeta oder SEPIC vorkommen, begrenzen diesen Strom intrinsisch, der zusätzlich durch eine beim Cuk oder SEPIC vorkommende Eingangsinduktivität verzögert wird. Ein Eingangskondensator muss für PFC-Betrieb ohnehin sehr klein gewählt sein, sodass er für den Einschalt-Spitzenstrom kaum eine Rolle spielt. Im Falle eines Flybacks als Bestandteil des Gleichspannungswandlers erledigt ein dort obligater Transformator diese Begrenzung ebenso intrinsisch, da durch ihn ein großer Ausgangsspeicherkondensator vom Eingang entkoppelt ist.
Beim Betrieb des getakteten elektronischen Gleichspannungswandlers als Hilfsspannungsversorgung kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass seine mindestens zwei Lasten, die mit seinen mindestens zwei Ausgangsspannungen zu versorgen sind, nie leerlaufend sind, also immer, auch schon bei einem erstmaligen Einschalten eines übergeordneten größeren elektronischen Geräts, vorhanden sind. Da diese Lasten über alle Betriebszustände des übergeordneten Geräts bekannt sind, kann zumindest eine der folgenden Ausgangsspannungen auch über eine innere Impedanz des Gleichspannungswandlers geregelt sein. Eine solche folgende Ausgangsspannung ist bspw. zwar gleichmäßig, aber nur sehr schwach belastet. Dann kann ein dafür vorgesehener Ausgang des getakteten elektronischen Gleichspannungswandlers eine derart hohe Innenimpedanz aufweisen, dass allein davon die folgende Ausgangsspannung definiert ist. Dieselbe hohe Innenimpedanz bewirkt zugleich, dass sich bei Änderung der Belastung einer führenden Hilfsspannung, auf die der gesamte Gleichspannungswandler geregelt ist, obige folgende Hilfsspannung annähernd nicht ändert.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, mehrere mögliche Schaltungstopologien aus den Bestandteilen Flyback, Cuk, Zeta und SEPIC für getaktete elektronische Gleichspannungswandler anzugeben, die genau einen aktiv getakteten Leistungstransistor sowie mindestens zwei Ausgänge aufweisen, deren abzugebende Spannungen unabhängig voneinander regelbar sein sollen. Dabei kann mindestens einer der Ausgänge, der zur Abgabe einer nichtführenden, also folgenden Hilfsspannung vorgesehen ist, durch einen dazugehörigen Hilfsschalter geregelt werden, der zur Ansteuerung nach einem einfachen Zweipunktprinzip eingerichtet ist: Wenn die folgende Hilfsspannung kleiner als ihr Sollwert ist, wird der zugehörige Hilfsschalter eingeschaltet, und wenn dieselbe Hilfsspannung größer als ihr Sollwert ist, wird derselbe Hilfsschalter wieder ausgeschaltet. Die sich dabei ergebene Frequenz für den Hilfsschalter soll derjenigen des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors, der durch seine Taktung eine führende Hilfsspannung direkt regelt, im Wesentlichen entsprechen, keinesfalls höher sein als diese.
Die Rückführung einer Meßspannung, die für die führende Hilfsspannung repräsentativ ist, auf einen integrierten aktiv getakteten Leistungstransistor zur Regelung eines damit ausgerüsteten Gleichspannungswandlers ist bekannt für die Topologien Buck und Flyback. Denn wie für Hilfsspannungsversorgungen gefordert hat jeder Buck tiefsetzenden Charakter, und jeder Flyback kann einen solchen haben mit dem zusätzlichen Vorteil seines Transformators. Für jeden Cuk, Zeta oder SEPIC ist die Rückführung zu modifizieren, bei Zeta und SEPIC sogar auf jeweils zwei Arten, nämlich ob von der Primär- oder von der Sekundärseite aus zurückgeführt werden soll.
Darstellung der Erfindung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem getakteten Gleichspannungswandler aufweisend eine Primärseite und eine Sekundärseite sowie einen Eingang auf der Primärseite zum Eingeben elektrischer Energie, welche zu wandeln ist, einen ersten und mindestens einen zweiten Ausgang, einen einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor auf der Primärseite zum Wandeln der eingegebenen elektrischen Energie, einen Haupttransformator, dessen Primärwicklung im Stromkreis der Primärseite in Serie zu dem einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor geschaltet ist und von diesem periodisch auf- oder ummagnetisiert wird, und der die Primärseite von der Sekundärseite galvanisch trennt und die in den Gleichspannungswandler eingegebene elektrische Energie per magnetischer Kopplung von der Primär- auf die Sekundärseite überträgt, mindestens einen energiespeichernden Binnenkondensator zum Blocken von Gleichströmen, der zwischen den Haupttransformator und jeweils einen Ausgang geschaltet ist und einen Energiefluss vom Haupttransformator zu jeweils einen Ausgang ermöglicht, und wobei mindestens ein erster Ausgang auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers liegt und mindestens ein zweiter Ausgang auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers liegt. Mit dieser Maßnahme können bei vorteilhaft geringen Kosten aufgrund des einzigen Leistungstransistors mehrere Hilfsspannungsversorgungen aufgebaut werden, die an sich eigenständig mit kleinen Hilfstransistoren geregelt werden und nur bezüglich der Rahmenbedingungen von der Taktung des einzigen Leistungstransistors abhängen. Da in einem solchen Gleichspannungswandler in den Topologien Flyback, Cuk, Zeta und SEPIC die benötigten Hilfsspannungen bezüglich ihrer Leistungsabgabe vorhersagbar sind, sind diese Rahmenbedingungen kein Nachteil.
Eine besonders bevorzuge Ausführungsform des Gleichspannungswandlers zeichnet sich dadurch aus, dass jeder seiner Ausgänge eine Ausgangsmasche aufweist, die einen Ausgangs-Speicherkondensator zur Pufferung einer zugehörigen Ausgangsspannung, eine gleichrichtende Leistungsdiode und eine Induktivität umfasst. Diese Maßnahme stellt eine vorteilhafte Grundvoraussetzung für einen getakteten Schaltregler zur Regelung der jeweiligen Ausgangsspannung sicher.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Gleichspannungswandler eine führende Ausgangsspannung, die durch die Taktung des einzigen aktiven Leistungstransistors direkt geregelt ist. Diese Maßnahme spart einen Regelkreis und einen Hilfstransistor ein, und kann aufgrund der vorhersehbaren Last an der führenden Ausgangsspannung vorteilhaft so umgesetzt werden.
Bevorzugt sind alle weiteren Ausgangsspannungen des Gleichspannungswandlers der führenden Ausgangsspannung folgende Ausgangsspannungen. Mit dieser Maßnahme kann die Regelung jeder folgenden Ausgangsspannung vorteilhaft mit einem unterlagerten Tiefsetzsteller mit einem kleinen und kostengünstigen Hilfstransistor realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist mindestens ein Binnenkondensator des Gleichspannungswandlers an einer Zwischenanzapfung einer Induktivität angeschlossen.
Diese Maßnahme eignet sich als Rahmenbedingung sehr gut zu einer Voreinstellung der Höhe der Ausgangsspannungen, insbesondere auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Binnenkondensator eine Kapazität auf, die kleiner oder gleich 1/100 der Kapazität eines Speicherkondensators ist, der den Ausgang abschließt, der über den Binnenkondensator an den Gleichspannungswandler gekoppelt ist. Dadurch wird die folgende Ausgangsspannung besser von der führenden Ausgangsspannung entkoppelt, was vorteilhaft eine einfachere Regelbarkeit zur Folge hat.
In einer anderen Ausführungsform ist in einer Ausgangsmasche, deren Ausgang eine folgende Ausgangsspannung abgeben kann, die Induktivität eine freie Induktivität, welche nicht an den Haupttransformator oder an eine Eingangsspule magnetisch gekoppelt ist. Dies stellt eine wesentlich einfachere und kostengünstigere Herstellung des Haupttransformators sicher, da nicht für jede folgende Ausgangsspannung eine Hilfswicklung auf dem Haupttransformator notwendig ist, sondern vorteilhaft eine einfache Induktivität wie eine kostengünstige und kleine Stabkerndrossel verwendet werden kann.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist in mindestens einer der Ausgangsmaschen, deren Ausgänge jeweils eine folgende Ausgangsspannung abgeben können, die freie Induktivität Teil eines unterlagerten Tiefsetzstellers, wobei ein Ende der freien Induktivität an einem Pol des Speicherkondensators angeschlossen ist, die Anode einer zusätzlichen Freilaufdiode mit dem anderen Pol des Speicherkondensators verbunden ist, wenn der andere Pol der Minuspol ist, oder die Kathode der zusätzlichen Freilaufdiode mit dem anderen Pol des Speicherkondensators verbunden ist, wenn der andere Pol der Pluspol ist, und wobei die noch freie Elektrode der zusätzlichen Freilaufdiode und das noch freie Ende der freien Induktivität einen neuen gemeinsamen Knoten bilden, an dem ein Hilfsschalter angeschlossen ist. Diese Maßnahme stellt vorteilhaft eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung des unterlagerten Tiefsetzstellers sicher.
Besonders bevorzugt ist dabei jeder Hilfsschalter mit einem Binnenkondensator verbunden, so dass die übertragene Energie direkt zwischengespeichert werden kann, und Gleichstromanteile absorbiert werden.
In einer anderen Ausführungsform wird jeder Hilfsschalter nach einem Zweipunkt-Regelprinzip angesteuert, wobei ein Hilfsschalter eingeschaltet wird, wenn die von ihm kontrollierte folgende Ausgangsspannung kleiner als ein dazugehöriger Sollwert ist, und wobei derselbe Hilfsschalter wieder ausgeschaltet wird, wenn dieselbe Ausgangsspannung größer als der Sollwert geworden ist. Dieses bekannte Regelprinzip stellt vorteilhaft eine einfache und kostengünstige Realisierung des unterlagerten Tiefsetzstellers sicher.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das Zweipunkt-Regelprinzip hysteresebehaftet ist, wobei beim Ausschalten auf den Sollwert eine Hysteresespannung aufaddiert wird, welche beim Einschalten davon subtrahiert wird. Diese Maßnahme führt zu einer stabilen Regelung des unterlagerten Tiefsetzstellers insbesondere mit tieferen Frequenzen, und damit zum Vorteil einer stabil geregelten Ausgangsspannung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 eine Zusammenfassung in Tabellenform über alle zur Lösung der Aufgabe möglichen Schaltungstopologien,
2 die Schaltungstopologie Zeta-Flyback,
3a die Schaltungstopologie Doppel-Zeta-S,
3b die Schaltungstopologie Doppel-Zeta-P,
4a die Schaltungstopologie SEPIC-Cuk-S,
4b die Schaltungstopologie SEPIC-Cuk-P,
5 die Schaltungstopologie SEPIC-Flyback,
6a die Schaltungstopologie SEPIC-Zeta-S,
6b die Schaltungstopologie SEPIC-Zeta-P,
7 die Schaltungstopologie Doppel-SEPIC,
8a ... 8d einen Cuk- oder Zeta-Ausgang auf der Sekundärseite mit einer führenden und einer folgenden Hilfsspannung,
9a ... 9d einen Cuk- oder Zeta-Ausgang auf der Sekundärseite mit zwei folgenden Hilfsspannungen,
10a ...10d einen Zeta-Ausgang auf der Primärseite mit der führenden und einer folgenden Hilfsspannung,
11a ...11 d einen Zeta-Ausgang auf der Primärseite mit zwei folgenden Hilfsspannungen,
12a ... 12c einen SEPIC-Ausgang auf der Primärseite mit der führenden und einer folgenden Hilfsspannung, und
13a ... 13c einen SEPIC-Ausgang auf der Primärseite mit zwei folgenden Hilfsspannungen.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 bietet eine Übersicht über alle theoretisch möglichen Zusammensetzungen des geforderten isolierenden Gleichspannungswandlers mit mindestens zwei Ausgängen, wovon der erste Ausgang Aux1 auf der Sekundärseite und der zweite Ausgang Aux2 auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers liegt. Weil Isolation gefordert ist, fallen der Buck und der Boost als Möglichkeiten für den ersten Ausgang weg, und es verbleiben in der ersten Zeile die vier Topologien Flyback, Cuk, Zeta und SEPIC als mögliche Bestandteile der Sekundärseite des geforderten Gleichspannungswandlers. Dieselben vier Topologien taugen ebenso für den Aufbau der Primärseite desselben Gleichspannungswandlers und stehen deshalb in gleicher Reihung in der ersten Spalte. Obwohl die Primärseite, wie der Name schon sagt, nicht noch einmal in sich isoliert ist, entfallen auch hier Buck und Boost als mögliche Bestandteile, da beide Einzelbestandteile einer zusammengesetzten Topologie dieselbe Großsignalverstärkung benötigen, um zu einem als Ganzes funktionstüchtigen Gleichspannungswandler mit mindestens zwei Ausgängen kombiniert werden zu können. Insgesamt ergeben sich dafür also 16 verschiedene Möglichkeiten.
Da die Ausgangsspannungen des Gleichspannungswandlers hauptsächlich als Hilfsspannungen in einem größeren übergeordneten elektronischen Gerät dienen sollen, werden sie im Folgenden oft „Hilfsspannung“ genannt, sind immer mit VAux* gekennzeichnet und sind grundsätzlich niedriger als die Eingangsspannung V_IN des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers. Dies ist ein weiterer Grund, warum der Boost als Bestandteil hier generell ausscheidet. Dabei ist eine Hilfsspannung VAux1 stets eine führende Hilfsspannung, deren Wert durch den einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor des Gleichspannungswandlers direkt geregelt wird, und eine weitere Hilfsspannung VAux2 ist eine erste folgende Hilfsspannung. Im übergeordneten Gerät ist ein Bereich, der eine konstante und vergleichsweise hohe elektrische Leistung erfordert, beispielsweise die Hinterleuchtung eines Displays, bevorzugt durch die führende Hilfsspannung VAux1 zu versorgen. Da diese - abhängig von den übrigen Gegebenheiten eines übergeordneten Geräts - entweder auf der Sekundärseite oder auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers liegen kann, und infolge dessen die erste folgende Hilfsspannung VAux2 jeweils auf der gegenüberliegenden Seite des Gleichspannungswandlers liegen muss, ergeben sich pro Kästchen theoretisch sogar zwei mögliche Typen derselben Zusammensetzung, ein Typ S für die führende Hilfsspannung auf seiner Sekundärseite und ein Typ P für die führende Hilfsspannung auf seiner Primärseite, also theoretisch insgesamt 32 davon, 16 verschiedene Topologien des Typs S und 16 verschiedene Topologien des Typs P.
Analog zum Kästchen ganz links oben steht in jedem Kästchen, das diagonal durchtrennt ist, rechts oben die zur Sekundärseite gehörige Angabe und links unten die zur Primärseite gehörige Angabe, welche Hilfsspannung von der entsprechenden Zusammensetzung erzeugt werden kann.
Die Betrachtung des primärseitigen Bestandteils des Gleichspannungswandlers reduziert obige topologische Vielfalt sofort auf die Hälfte: Denn ein nicht-isolierender Flyback ist ein Buck-Boost, der genauso wie ein nicht-isolierender Cuk negative Hilfsspannungen produziert gemessen am primärseitigen Bezugspotenzial, die nicht der gestellten Aufgabe entsprechen. Somit kommen zur Zusammensetzung des Gleichspannungswandlers als Bestandteil für die Primärseite nur noch ein Zeta oder ein SEPIC infrage. Dadurch ist auch eine eingangs schon erläuterte Begrenzung der Stromspitzen beim erstmaligen Einschalten des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers (eine Begrenzung des sogenannten „inrush current“s oder eine Einschaltstrombegrenzung) intrinsisch gegeben. Denn der mindestens eine im Zeta und im SEPIC obligate und im Vergleich zu üblichen Filter-, Speicher- oder Pufferkondensatoren kleine Binnenkondensator begrenzt diesen Strom intrinsisch, der beim SEPIC zusätzlich durch eine Eingangsinduktivität verzögert wird. Im Falle eines Flybacks als sekundärseitigem Bestandteil erledigt der obligate Transformator diese Begrenzung ebenso intrinsisch, da durch ihn ein großer Ausgangsspeicherkondensator vom Eingang entkoppelt ist.
Jede Zusammensetzung des Gleichspannungswandlers kann die führende Hilfsspannung VAux1 auf ihrer Sekundärseite erzeugen, allerdings kann dies nicht jede Zusammenstellung auch auf ihrer Primärseite. Der sehr einfache und zwischen Flyback und SEPIC identische erste Ausgang Aux1 auf deren jeweiliger Sekundärseite kann nicht derart erweitert werden, dass er die erste folgende Hilfsspannung VAux2 erzeugen kann, da dieser Ausgang ein sogenannter Spannungsausgang ist. Folglich stehen in der Flyback-Spalte und in der SEPIC-Spalte die führende Hilfsspannung VAux1 immer nur rechts oben und die erste folgende Hilfsspannung VAux2 immer nur links unten. Die drei Absätze weiter oben vermutete Verdopplung der Topologien entfällt hierfür genauso wie die Unterscheidung nach Typ S oder P, weil es eben nur Zusammensetzungen des Typs S gibt.
Mit einem Cuk oder Zeta als sekundärseitigem Bestandteil bekommt der zusammengesetzte Gleichspannungswandler jedoch einen ersten Ausgang Aux1 auf seiner Sekundärseite, der ein sogenannter Stromausgang ist. Der zwischen beiden Topologien identische, jedoch deutlich komplexere Ausgang hat genug Spielraum, um derart abgewandelt werden zu können, dass er die erste folgende Hilfsspannung VAux2 abgeben kann. Dann wird der zweite Ausgang Aux2 auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers frei zur Abgabe der führenden Hilfsspannung VAux1, womit ein P-Typ derselben Zusammensetzung entsteht. Deswegen bleibt immer dann, wenn ein Cuk oder ein Zeta den sekundärseitigen Bestandteil des Gleichspannungswandlers bildet, die Freiheit bestehen, die Seite für die führende Hilfsspannung frei zu wählen, und somit die Verdopplung der möglichen Topologien pro Kästchen. Immer dann ist das Kästchen doppelt eingerahmt, und beide Hilfsspannungen erscheinen auf beiden Seiten der diagonalen Trennlinie.
Dass ein Zeta nicht mit einem Cuk oder einem SEPIC zusammengesetzt werden kann, liegt an einer Gabelung zwischen einem induktiven und einem kapazitiven Zweig in den Eingangsstufen aller drei Topologien. Beim Cuk und beim SEPIC liegt diese Gabelung vor dem einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor, der gegen Masse arbeitet, und beim Zeta liegt die Gabelung jedoch hinter dem Leistungstransistor, der obendrein direkt an der Eingangsspannung arbeitet. Weil es sich um eine Gabelung handelt und nicht nur um ein einfaches Bauteil, kann ohne Einfluss auf das Gesamtnetz die Reihenfolge nicht getauscht werden, woraus diese Nicht-Zusammensetzbarkeit resultiert. Deshalb bleiben die Kästchen in der Zeta-Zeile unter Cuk und unter SEPIC jeweils leer.
Insgesamt lösen also neun verschiedene Topologien des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers die gestellte Aufgabe, mittels eines einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors verschiedene Hilfsspannungen an verschiedenen Ausgängen zu erzeugen, wovon ein zweiter Ausgang Aux2 auf der Primärseite und ein erster Ausgang Aux1 auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers liegt. In insgesamt sechs möglichen Zusammensetzungen des Typs S wird eine Hilfsspannung VAux1 auf der Sekundärseite durch den Leistungstransistor direkt geregelt, und in drei des Typs P, deren mögliche Zusammensetzungen anhand der doppelt umrahmten Kästchen ersichtlich sind, wird eine Hilfsspannung VAux1 auf der Primärseite durch den Leistungstransistor direkt geregelt. Diese insgesamt neun Zusammensetzungen werden im Folgenden näher beschrieben.
2 zeigt einen „Zeta-Flyback“ mit hochliegendem aktiv getaktetem Leistungstransistor S1. Denn seine Arbeitselektrode D ist direkt mit dem Pluspol einer Eingangsspannung V_IN des Gleichspannungswandlers verbunden, die in einem Eingangskondensator C_IN gepuffert wird. Eine Bezugselektrode S des Leistungstransistors S1 ist direkt an die Primärwicklung L1a eines Transformators L1 des Gleichspannungswandlers angeschlossen, deren anderes Ende mit dem Bezugspotenzial der Primärseite des Gleichspannungswandlers verbunden ist, welches Bezugspotenzial nicht nur hier, sondern generell durch ein nicht näher beziffertes Massezeichen gekennzeichnet ist und oft auch nur kurz „Masse“ genannt wird. Wegen dieser Verbindung zwischen S von S1 und L1a ist der Leistungstransistor hochliegend, weil sein Bezugspotenzial am Anschluss S mit der Spannung über dem Transformator L1 mitwandert. Auch der erste auf der Sekundärseite liegende Ausgang Aux1 des Gleichspannungswandlers besteht Flyback-typisch minimalistisch nur aus der Sekundärwicklung L1b des Transformators L1, einer ersten gleichrichtenden Leistungsdiode D1 und einem ersten, den Ausgang Aux1 charakterisierenden Speicherkondensator C1. Ebenso typisch für den Flyback ist die gegensinnige Orientierung von Primär- und Sekundärwicklung auf seinem Transformator L1, wodurch sich seine Ausgangsspannung richtig polt, und weshalb der Flyback viel häufiger vorkommt als sein nicht-isolierender Bruder Buck-Boost.
Zur Regelung des Ganzen wird auf dem Transformator L1 ganz links eine dritte Wicklung L1c, die gleich orientiert ist wie seine Sekundärwicklung, aufgebracht, die mit der Bezugselektrode S des Leistungstransistors S1 verbunden ist, und die auf ihrer anderen Seite mit der Anode einer Diode D5 gekoppelt ist, die als Spitzenwert-Gleichrichtdiode fungiert. Deren Kathode ist an den Pluspol eines Speicherkondensators C5 angeschlossen, der mit seinem Minuspol den Kreis zur Bezugselektrode S schließt. Wegen der Gleichorientierung der beiden Wicklungen L1b und L1c leiten die Dioden D1 und D5 stets im Wesentlichen gleichzeitig, also auf keinen Fall abwechselnd, sodass die Spannung an der Kathode von D5 ein Abbild der Ausgangsspannung VAux1 ist, sogar mit Kompensation der Flußspannungen beider Dioden. Weil die Kathode von D5 den Speicherkondensator C5 nachlädt, repräsentiert dessen gespeicherte Spannung, skaliert gemäß dem Windungsverhältnis zwischen Sekundärwicklung L1b und dritter Wicklung L1c des Transformators L1, die Ausgangsspannung VAux1, die die führende Hilfsspannung für ein (nicht dargestelltes) übergeordnetes Gerät sein kann. Damit ist die zur Regelung der Hilfsspannung VAux1 direkt durch den einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor S1 nötige Signalrückführung vollzogen. Zwecks Pegelabgleich wird die eigentliche Rückführspannung am Mittelpunkt eines Meßspannungsteilers, der parallel zum Speicherkondensator C5 liegt, aus oberem Widerstand R_A und unterem Widerstand R_M abgegriffen und an den Anschluss M des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors S1 abgegeben, der hier wie in allen folgenden Figuren beispielhalber als sogenannter „TinySwitch“ dargestellt ist.
Seine Besonderheiten gegenüber einem normalen Leistungstransistor sind das Fehlen einer Basis- oder Gateleitung, an die sonst pulsförmige Signale angelegt werden müssten, das Vorhandensein des Messeingangs M und die Erfordernis einer Eigenversorgung über einen Anschluss A, deren Leistungsbedarf jedoch so gering ist, dass A direkt mit dem Pluspol des Speicherkondensators C5 verbunden sein kann, ohne die Messung der Ausgangsspannung VAux1 zu verfälschen. Intern (nicht dargestellt) wird der Strom, der in die Arbeitselektrode D des Leistungstransistors S1 hineinfließt, gemessen, und die Meßspannung am Anschluss M wird mit einer internen Referenz verglichen (nicht dargestellt). Eine sich daraus ergebende Abweichung wird über einen internen Regelverstärker in ein Stellsignal verstärkt (nicht dargestellt), das über einen Schmitt-Trigger wiederum mit dem gemessenen Strom durch S1 verglichen wird (nicht dargestellt), woraus direkt das Gatesignal für den eigentlichen Schalttransistor (nicht dargestellt) im TinySwitch S1 entsteht.
Wegen seines Transformators L1 bildet der Flyback den isolierenden Bestandteil des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers, der für Aux1 und damit für dessen Sekundärseite zuständig ist, und steht daher beim „Zeta-Flyback“ hinten. Namensgemäß ist zur Bildung des gesamten Gleichspannungswandlers dieser Flyback nun mit einem Zeta zusammenzusetzen, der einen zweiten Ausgang Aux2 auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers mit elektrischer Energie versorgt. Weil es im gesamten Gleichspannungswandler trotzdem nur einen einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor S1 geben darf, muss der Zeta Teile des Flybacks mitnutzen, insbesondere den Leistungstransistor oder „TinySwitch“ S1.
Wie weiter oben schon erläutert hat jeder Zeta nach seinem aktiv getakteten Leistungstransistor S1, also an seiner Bezugselektrode S, eine Gabelung zwischen einem kapazitiven und einem induktiven Zweig. In Form der Primärwicklung L1a des Flybacks ist ein induktiver Zweig an richtiger Stelle schon vorhanden, der also ebenso wie S1 mitgenutzt wird, da der Zweig wie für einen Zeta nötig Masseverbindung hat. Zur Bildung der Gabelung wird zwischen L1a und S1 ein Zetatypischer Binnenkondensator C12 angeschlossen, der zur Abgrenzung gegenüber den übrigen Kondensatoren ebenso wie alle weiteren zu zeigenden Binnenkondensatoren die Polung seiner Ladung im Normalbetrieb des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers eingezeichnet hat. Denn im Gegensatz zu den meisten Kondensatoren, deren mindestens ein Ende auf einem ruhenden Potenzial liegt, bspw. auf einem Bezugspotenzial oder auf Masse oder auf einem dazugehörigen Pluspol, hat kein Ende eines Binnenkondensators irgendeine Verbindung zu einem ruhenden Potenzial, sondern die Potenziale beider Enden eines Binnenkondensators bewegen sich annähernd parallel zueinander abhängig von den Schaltaktionen des ihn umfassenden Gleichspannungswandlers. Die technischen Anforderungen an einen Binnenkondensator sind daher besonders hoch, weil er hohe Gleichspannungen aushalten muss, dabei hohe Wechselströme zu führen hat, ohne in einen Serienschwingkreis zu entarten, dabei möglichst wenig Verluste erzeugen darf und zu guter Letzt normalerweise eine Kapazität nicht kleiner als etwa ein Fünfzigstel des zum selben Ausgang gehörigen Filterkondensators aufweisen soll. Wegen dieser heiklen Anforderungskombination scheiden bspw. Elektrolytkondensatoren als Binnenkondensatoren aus.
Der Zeta-Ausgang als nicht-isolierter, zweiter Ausgangs Aux2 des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers wird weitergebildet durch eine zweite gleichrichtende Leistungsdiode D2, die zwischen den noch freien Anschluss des Binnenkondensators C12 und Masse gekoppelt wird, wobei ihre Kathode zum Binnenkondensator zeigt. Leistungsdiode D2 hat also eine Funktion „Gleichrichtung durch Freilauf“, was typisch für jeden sogenannten Stromausgang ist, wie er im Zeta vorliegt und prominent durch jeden Buck bekannt ist. Denn in einem Stromausgang wird die pro Puls des aktiv getakteten Leistungstransistors S1 in den Gleichspannungswandler eingebrachte Energie direkt in einer Ausgangsfilterspule L2 zwischengespeichert, die am Knoten zwischen Binnenkondensator C12 und der Kathode von Freilaufdiode D2 angeschlossen ist, die dann jeweils sperrt. Ein in 2 gezeigter Hilfsschalter S2 ist dabei zunächst als überbrückt anzusehen, eine weitere Diode D4 als nicht vorhanden. Weil das andere Ende der Ausgangsfilterspule L2 direkt mit dem Speicherkondensator C2 des zweiten Ausgangs Aux2 verbunden ist, wird gleichzeitig mit dem Zwischenspeichern von Energie in L2 auch Energie an Aux2 abgegeben. Schaltet S1 aus, ändert sich die Spannung über L2 derart, dass die Freilaufdiode D2 einschaltet und somit den in L2 derzeit gespeicherten Strom freilaufen lassen kann, wodurch dieser zwar abnimmt, womit aber trotzdem gerade dann, wenn S1 ausgeschaltet wird, Energie an den zweiten Ausgang C2 abgegeben werden kann. Ein Stromausgang zeichnet sich also dadurch aus, dass in beiden Schaltphasen eines Gleichspannungswandlers „S1 ein“ und „S1 aus“ Energie dorthin abgegeben wird. Bei Erhöhung der Induktivität der Ausgangsfilterspule L2 wird der grundsätzlich sägezahnförmige Strom in ihr zunächst lückenlos und später sogar annähernd glatt, was den Namen „Stromausgang“ rechtfertigt. Der zweite Ausgangsfilterkondensator C2 kann deswegen sogar weggelassen werden.
Damit ist ein zusammengesetzter Zeta-Flyback-Gleichspannungswandler mit zwei Ausgängen bereits fertig, wenn die Belastungen seiner beiden Ausgänge entweder gleichmäßig sind oder sich nur jeweils in einem konstanten Verhältnis zueinander, also quasi parallel, ändern, oder wenn die Toleranzanforderungen an VAux2 deutlich geringer sind als die an VAux1. Dann nämlich genügt die eine oben schon erläuterte Regelung des Gleichspannungswandlers durch den einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor S1, die mit VAux1 nur eine der Ausgangsspannungen messen kann, nämlich die führende, zur Regelung von beiden Ausgangsspannungen.
Das Windungsverhältnis zwischen L1a und L1b bildet einen Teil der Tiefsetzung von V_IN nach VAux1 des sekundärseitigen Flybacks. Ein Tastverhältnis kleiner 1 im Steuermuster für S1, also eine Einschaltzeitdauer für S1, die pro Taktperiode kürzer als eine Ausschaltzeitdauer ist, bildet den Rest der Tiefsetzung. Ein Zeta, der Teile eines Flybacks mitnutzt, hat die gleiche Spannungsübersetzung wie der Flyback, allerdings ohne die Tiefsetzung durch ein Windungsverhältnis, weshalb die ungeregelte erste folgende Hilfsspannung VAux2 auf der Primärseite viel zu hoch wäre. Zur Korrektur dessen bzw. zu einer Voreinstellung der ersten folgenden Hilfsspannung kann der dem einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor S1 zugewandte Anschluss des Binnenkondensators C12 anstatt direkt am „springenden Punkt“ S auch an einer Zwischenanzapfung der Primärwicklung L1a angeschlossen sein, wie es durch gestrichelte Verbindungen angedeutet ist. Das Windungsverhältnis zwischen dem Teilstück der Primärwicklung von ihrem ruhenden Potenzial - hier Masse - bis zu dieser Zwischenanzapfung und der gesamten Primärwicklung entspricht dabei im Wesentlichen dem für die Sekundärseite gültigen Übersetzungsverhältnis L1b : L1a , womit dessen Spannungstiefsetzung auch auf der Primärseite hergestellt ist.
Alternativ oder zusätzlich bietet sich eine Verkleinerung der Kapazität des Binnenkondensators C12 an, die nun abweichend von der Norm „so groß wie technisch möglich und sinnvoll“ nur noch maximal 1/100 der Kapazität des Abschlusskondensators des Ausgangs, der über den betrachteten Binnenkondensator versorgt wird, hier also des C2s, betragen soll. Dann ist allerdings zu beachten, dass die Resonanzfrequenz zwischen einem solch verkleinerten Binnenkondensator C12 und der obligatorischen Serieninduktivität des primärseitigen Ausgangs Aux2, hier also L2, der durch die Taktperiode für S1 festgelegten Taktfrequenz nicht zu nahekommt. Andernfalls würde sich die angestrebte Reduktion der Spannung an Aux2 durch unerwünschte Resonanzen in ihr Gegenteil verkehren und im Grenzfall den zusammengesetzten Gleichspannungswandler sogar zerstören können. Daher ist die Serieninduktivität L2 des primärseitigen Ausgangs Aux2 vorzugsweise so groß zu wählen, dass eine mit ihr und der Kapazität des seriellen Binnenkondensators C12 mögliche Resonanzfrequenz maximal 1/3 der Taktfrequenz für S1 beträgt.
Binnenkondensator C12 wirkt in dieser Konstellation wie ein kapazitiver Strombegrenzer, wodurch ohne D4 und mit überbrücktem S2 die Spannung VAux2 am primärseitigen Ausgang Aux2 abhängig wird vom dort entnommenen Strom. Je stärker C12 in einer S1-Einschaltzeit entladen wird, desto stärker divergieren die Einschaltzeiten der beiden Leistungsdioden D1 und D2 nach dem Ausschalten von S1. Quasi sofort danach schaltet D2 ein, und erst nachdem der Binnenkondensator C12 wieder auf die vom Transformator L1 auf seine Primärseite zurückreflektierte Ausgangsspannung VAux1 aufgeladen ist, schaltet auch D1 wieder ein. Die Rückführung via L1c und D5 erkannt diesen Stromzeitflächenverlust und steuert S1 mit Verlängerung seiner Einschaltzeit und damit mit Erhöhung des Energieeintrags in den zusammengesetzten Gleichspannungswandler dagegen. Somit ist gemäß der dort entnommenen Energie auch VAux2 geregelt, was bei entsprechend bekannter Last an Aux2 sogar ausreichend sein kann.
Bei beliebigen Belastungen der beiden Ausgänge eines zusammengesetzten Gleichspannungswandlers ist jedoch ein zweiter Regelkreis erforderlich, wozu L2 von C12 abzukoppeln ist und in gleicher Orientierung und parallel zur gleichrichtenden Leistungsdiode D2 in Freilaufposition eine weitere Freilaufdiode D4 vorzusehen ist, deren Kathode mit L2 verbunden wird. Die Kathoden dieser beiden Freilaufdioden untereinander sind durch einen ersten Hilfsschalter S2 zu verbinden, der derart orientiert einzubauen ist, dass die Kathode einer in ihm vorhandenen Inversdiode mit der Kathode von D2 in Verbindung kommt, womit durch D4 und die Inversdiode ein Strompfad exakt parallel zu dem durch D2 aufgebaut wird. In anderen Worten kann der erste Hilfsschalter S2 nur die Stromrichtung blockieren, die in Richtung Aux2 zeigt. Zur Voreinstellung einer primärseitigen Ausgangsspannung VAux2 bei vorgesehenem Betrieb mit Hilfsschalter S2 auf vernünftige Werte, die etwas höher als der endgültige Zielwert dieser Spannung sein müssen, kann anstatt oder zusätzlich zu der schon oben beschriebenen Verkleinerung des Binnenkondensators C12 die Induktivität der zum zugehörigen Ausgang Aux2 seriell verschalteten Spule L2 auch so klein gewählt werden, dass die Taktfrequenz für S1 maximal 1/3 der möglichen Resonanzfrequenz aus der Serieninduktivität L2 und ihrer zugehörigen Binnenkapazität C12 entspricht.
Der zweite Regelkreis ist allgemein und somit gültig auch für alle weiteren Figuren wie folgt zu beschreiben: Ist die Ausgangsspannung VAux2 über dem zweiten Speicherkondensator C2 kleiner als ein dafür vorgesehener Sollwert, schaltet Hilfsschalter S2 ein, und ist dieselbe Spannung danach etwas größer als derselbe Sollwert, schaltet derselbe Hilfsschalter S2 wieder aus. Dies kann ferner mit einer Hysterese behaftet sein. Das Ausschalten von S2 findet erst dann statt, wenn VAux2 einen Summenwert aus ihrem Sollwert und einer Hysteresespannung übersteigt, und sein Einschalten findet erst dann wieder statt, wenn VAux2 niedriger als ihr um die Hysteresespannung reduzierter Sollwert werden will. Wegen der allgemeinen Bekanntheit dieses Zweipunkt-Regelprinzips, dessen Arbeitsperiode sich mit wachsender Hysterese verlängert, ist der zweite Regelkreis und auch jeder weitere Regelkreis nicht figürlich dargestellt, und ist auch der erste Hilfsschalter S2 sowie jeder weitere Hilfsschalter nur als verallgemeinertes Schaltersymbol dargestellt.
Schon dargestellt ist seine Position in Aux2 des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers. Sie ist nämlich bewusst nicht zwischen der Ausgangsfilterspule L2 und dem zweiten Speicherkondensator C2 vorgesehen, sondern auf der anderen Seite von L2, um nicht nur nach dem Ausschalten des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors S1, sondern auch nach einem durch den zweiten Regelkreis bewirkten Ausschalten des Hilfsschalters S2 einen Freilauf für den in L2 gerade gespeicherten Strom gewährleisten zu können. Dieser Freilauf geschieht über die zusätzliche Freilaufdiode D4, die zwischen Masse und den neu entstandenen Knoten aus S2 und L2 zu schalten ist, wobei ihre Anode auf Masse liegt. Die aus S2, D4 und L2 entstandene Topologie entspricht einem kleinen unterlagerten Buck. Zur Sicherstellung seiner Funktion darf die Ausgangsfilterspule L2 mit keiner weiteren Induktivität des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers magnetisch gekoppelt sein, da jedwede Kopplung den zweiten Regelkreis und damit den Buck als solchen sinnlos macht. Daher wird die Ausgangsfilterspule L2 auch als „freie Induktivität“ bezeichnet. Die am zweiten Ausgang Aux2 abgebbare Spannung VAux2 kann nur niedriger oder maximal gleich hoch sein, als sie der zusammengesetzte Zeta-Flyback-Gleichspannungswandler als solches voreingestellt abgeben würde. Im Umkehrschluss wird Aux2 im Gleichspannungswandler höher dimensioniert, als es tatsächlich gebraucht wird, um dem zweiten Regelkreis die Möglichkeit zum Arbeiten zu geben. Werden beispielsweise 3,3 V als VAux2 benötigt, wird Aux2 des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers etwa auf 4,5 V ausgelegt.
Ebenso dargestellt ist die Richtung, in der der erste Hilfsschalter S2 seinen Strom blockieren kann, und zwar indirekt durch die Polung einer unbezifferten, da in fast jedem elektronischen Leistungsschalter absichtlich eingebauten oder intrinsisch vorhandenen Inversdiode parallel zum Schalter. Der erste Hilfsschalter S2 kann seinen Strom also nur in derselben Richtung blockieren, in der ihn auch seine Inversdiode sperren kann. Alle im Weiteren vorkommenden Hilfsschalter umfassen solche parallelgeschalteten Inversdioden.
Ähnlich wie die Polung der Ladung nur an jedem Binnenkondensator eingezeichnet ist, gibt es die Massezeichen jeweils nur auf der Primärseite eines dargestellten zusammengesetzten Gleichspannungswandlers. Im Gegensatz dazu ist auf jeder Sekundärseite die dortige Minusleitung eingezeichnet, auf sekundärseitige Massezeichen wird grundsätzlich verzichtet.
In 3a weitet sich die Zeta-Topologie auch auf Aux1 aus, also auf den isolierten Ausgang. Dargestellt ist der S-Typ eines Doppel-Zetas oder kurz ein „Doppel-Zeta-S“. Das S bedeutet, dass zur Regelung des gesamten zusammengesetzten Gleichspannungswandlers durch die Taktung des einzigen vorkommenden aktiven Leistungstransistors S1 die Ausgangsspannung VAux1 am sekundärseitigen Ausgang Aux1 gemessen wird. Da auch der Zeta-Flyback von 2 ein S-Typ ist, ist die hiesige Primärseite samt hiesigem Aux2 vollkommen gleich wie oben und braucht daher nicht erneut erklärt zu werden. Durch Weglassen von D4 und Überbrücken von S2 entsteht sowohl hier als auch bei allen Zusammensetzungen gemäß weiterer Figuren bis einschließlich 7 ein jeweils funktionstüchtiger Gleichspannungswandler mit mehreren Ausgängen, bei dem jedoch die erste folgende Ausgangsspannung VAux2 nur indirekt über die führende Ausgangsspannung VAux1 mitgeregelt ist. Letzteres gilt insbesondere bei VAux2-Voreinstellung durch Reduktion der Kapazität von C12 oder durch C12-Verbindung mit einer Zwischenanzapfung auf der Primärwicklung L1a wie gestrichelt dargestellt.
Lediglich der Transformator L1, der hier zu einem Haupttransformator wird, verliert seine vormalige dritte Wicklung und ist hier gleichsinnig orientiert, was typisch für isolierende Zetas ist. Und als geänderter erster Ausgang Aux1 mit dem Speicherkondensator C1 auf der Sekundärseite ist an die Sekundärwicklung L1b über einen sekundärseitigen Binnenkondensator C11 eine Schaltung für Aux1 angeschlossen, die derjenigen des unveränderten zweiten Ausgangs Aux2 sehr ähnelt. Es liegen zwei Zeta-Ausgänge vor, weshalb der gesamte zusammengesetzte Gleichspannungswandler auch „Doppel-Zeta-S“ heißt. Die erste gleichrichtende Leistungsdiode D1 wird nun auch hier zu einer Freilaufdiode, deren Kathode an den neuen Knoten zwischen C11 und einem neuen induktiven Bauteil L5b angeschlossen ist, weil ihre Anode mit der sekundärseitigen Minusleitung verbunden ist.
Das neue induktive Bauteil L5b entspricht funktional der freien Induktivität L2, kann im Gegensatz zu ihr jedoch magnetisch an den Haupttransformator L1 gekoppelt sein, weil der Spannungshub in L1 b und L5b gleich hoch ist. Denn nur der relativ große Binnenkondensator C11 liegt dazwischen, womit ebenso klar wird, dass er auf die in C1 gepufferte führende Ausgangsspannung VAux1 aufgeladen ist. Der zweite Unterschied zur freien Induktivität L2 liegt darin, dass L5b einem Hilfstransformator angehört, dessen neue Primärwicklung L5a, u.a. angeschlossen an der Anode der Gleichrichtdiode D5, zur Eigenversorgung des Gleichspannungswandlers und zur Rückführung der Messung der Ausgangsspannung VAux1 dient. Dazu ist das zweite Ende der neuen Primärwicklung L5a mit dem Bezugspotenzial S des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors S1 verbunden, und so repräsentiert die Spannung an der Kathode von D5 wiederum - wie schon oben skaliert über ein Windungsverhältnis hier zwischen L5a und L5b - die Ausgangsspannung VAux1, wenn deren Freilaufdiode D1 leitet. Denn aufgrund des Gleichsinns der Wicklungen auch auf dem Hilfstransformator L5 leitet dann jeweils auch die Gleichrichtdiode D5, weshalb auch hier die Flußspannungen beider Dioden D1 und D5 aus der Messung herauskompensiert sind.
3b leitet über zum ersten P-Typ. Die deutlichen Unterschiede zur Vorgängerfigur überwiegen die Tatsache, dass dennoch ein „Doppel-Zeta“ dargestellt ist, eben ein „Doppel-Zeta-P“, denn seine beiden Ausgänge und die Ausgangsspannungsmessung sind verändert. Am augenfälligsten ist der Positionstausch zwischen der führenden Hilfsspannung VAux1 nun als Ausgangsspannung am zweiten Ausgang Aux2 und der ersten folgenden Hilfsspannung VAux2 nun anliegend am ersten Ausgang Aux1.
Aus dem ersten Ausgang Aux1 verschwindet der Hilfstransformator L5 von oben samt möglicher magnetischer Kopplung an den Haupttransformator, und an seine Stelle tritt der Buck, also die freie Induktivität L2 mit vorgeschaltetem Hilfsschalter S2 samt (nicht dargestellter) zugehöriger Regelung und mit der Kathode der zusätzlichen Freilaufdiode D4 dazwischen, deren Anode mit der sekundärseitigen Minusleitung verbunden ist.
Am zweiten Ausgang Aux2 geschieht genau das Gegenteil: Der gesamte Buck wird ersetzt durch die Sekundärwicklung L5b eines nun primärseitigen Hilfstransformators L5, der wie oben an den Haupttransformator L1 magnetisch gekoppelt sein kann. Solange die zweite gleichrichtende Leistungsdiode D2 leitet, entspricht die Spannung über L5b im Wesentlichen der zu messenden Ausgangsspannung VAux1. Ist die zugehörige Primärwicklung L5a mit einem Ende an das Bezugspotenzial S des Leistungstransistors S1 angeschlossen, und sind beide Wicklungen des Hilfstransformators L5 gleich orientiert, repräsentiert die Spannung am noch freien Ende von L5a gegenüber dem Potenzial S die zu messende Spannung VAux1. Dort die Anode der Spitzenwert-Gleichrichtdiode D5 angeschlossen führt zum schon bekannten Gleichtakt zwischen den Dioden D5 und nun D2, wodurch wiederum beide Flußspannungen aus der Messung herauskompensiert sind. Selbstverständlich wird über D5 und den Speicherkondensator C5 auch hier die Eigenversorgung des Gleichspannungswandlers erledigt. Sperrt D2 jedoch, liegt über ihr Zeta-typisch die Summe aus Eingangsspannung V_IN und aktueller Ausgangsspannung VAux1 als Sperrspannung an, welche Spannung als Sprung 1:1 auf die Primärwicklung L5a des Hilfstransformators übertragen wird. Weil dort zuvor VAux1 anlag, entsteht dort nun -V_IN als Sperrspannung für die Spitzenwertgleichrichtdiode D5, die erstmals auf eine solch hohe Sperrspannung auszulegen ist.
Damit für brauchbare Höhen von VAux1 keine winzigen Tastverhältnisse für S1 nötig werden, die sehr ungünstig bzgl. Strombelastung und Störaussendung von S1 sind, kann auch hier zur Voreinstellung wie schon zu 2 beschrieben der Binnenkondensator C12 an einer Zwischenanzapfung der Primärwicklung L1a angeschlossen sein wie gestrichelt dargestellt, wobei diese Anzapfung zumeist näher am rundenden Potenzial - hier Masse - als am anderen Ende der Primärwicklung liegt. Last not least kann auch hier die Kapazität des primärseitigen Binnenkondensators C12 auf 1/100 der Kapazität des primärseitigen Abschlusskondensators C2 oder darunter reduziert werden. Wegen der möglichen magnetischen Kopplung an den Haupttransformator L1 ergibt eine ähnlich starke Reduktion der Hauptinduktivität von L5, um als Resonanzkreis zusammen mit C12 über das Dreifache der Taktfrequenz von S1 zu gelangen, hier jedoch keinen Sinn, da der zusammengesetzte Gleichspannungswandler sich dann chaotisch verhalten kann. Schon sinnvoll sein kann hingegen eine ebensolche Reduktion der Kapazität des sekundärseitigen Binnenkondensators C11, eventuell in Kombination mit einer erhöhten Windungszahl der Sekundärwicklung L1b, um zwecks Entlastung des sekundärseitigen Bucks beide Bestandteile des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers in einen vergleichbaren Arbeitsmodus zu bekommen. Bei guter Abstimmung des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers auf die Bedürfnisse seiner mindestens zwei Lasten kann der sekundärseitige Buck sogar überflüssig sein. Dazu ist D4 wegzulassen und S2 als überbrückbar vorzusehen.
In 4a betritt zum ersten Mal ein SEPIC die Bühne. Von ihm wird Aux2 auf der Primärseite eines anders zusammengesetzten Gleichspannungswandlers gebildet, und der erste Ausgang Aux1 auf der Sekundärseite gehört erstmals zu einem Öuk, worin auch die Ausgangsspannung gemessen und wovon auch die Eigenversorgung erledigt wird. Es handelt sich hier also um einen „SEPIC-Cuk-S“. Weil jeder Cuk- und jeder Zeta-Ausgang identisch ist, entsprechen erster Ausgang Aux1, Messung und Rückführung seiner Spannung über den Hilfstransformator L5 und die Eigenversorgung des gesamten zusammengesetzten Gleichspannungswandlers über L5a, D5 und C5 exakt den entsprechenden Elementen aus 3a, da dort wie hier S-Typen dargestellt sind. Lediglich das Bezugspotenzial S des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors S1, das in 3a mit der Spannung über der Primärwicklung L1a des Haupttransformators mitwandert, ist hier SEPIC-typisch auf Masse bezogen.
Ebenso SEPIC-typisch erscheint hier ein weiterer Binnenkondensator C6 zwischen einer Eingangsinduktivität L6 und der Primärwicklung L1a des Haupttransformators L1. L6 ist auf ihrer anderen Seite mit dem Eingangskondensator C_IN verbunden und kann auch, zusammen mit L5, an den Haupttransformator L1 magnetisch gekoppelt sein. Die Gabelung VOR dem Leistungstransistor als drittes SEPIC-typisches Kennzeichen entsteht dadurch, dass die Arbeitselektrode D des Leistungstransistors S1 an den neu entstandenen Knoten zwischen L6 und C6 angeschlossen wird.
Da wiederum die Eingangsseiten jedes Cuks und jedes SEPICs identisch sind, insbesondere charakterisiert durch ihre Eingangsinduktivität L6 und die Gabelung in einen kapazitiven Zweig mit C6 vor dem einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor S1, und da hier beide Topologien gleichzeitig vorkommen, koppelt der Binnenkondensator C12 den zweiten Ausgang Aux2 letztlich an demselben Knoten rechts von L6 an den Gleichspannungswandler, an dem auch der Binnenkondensator C6 angeschlossen ist. Oder C12 ist an eine Zwischenanzapfung, die auf der Eingangsinduktivität L6 zumeist näher am Knoten mit C_IN als am Knoten mit C6 und S1 liegt, gekoppelt, wie es gestrichelt dargestellt ist. Denn hier bildet die Eingangsspannung V_IN das ruhende Potenzial. Das vierte Charakteristikum eines SEPICs ist eine Speicherinduktivität, die hier durch die freie Induktivität L2 gegeben ist, die - mit erstem Hilfsschalter S2 zunächst als überbrückt angenommen - zwischen dem Binnenkondensator C12 und der gleichrichtenden Leistungsdiode D2 gegen Masse abzweigt. D2 ist hier erstmals eine Lade- oder Flussdiode und keine Freilaufdiode mehr. Ein - daher obligater - Speicherkondensator C2 parallel zu Aux2, an dem die erste folgende Hilfsspannung VAux2 abgreifbar ist, wird von D2 direkt geladen. Selbst ohne die zusätzliche Freilaufdiode D4 ist der primärseitige SEPIC bereits vollständig, allerdings ohne unabhängigen zweiten Regelkreis. Eine Voreinstellung für VAux2 bis hin zu ihrer hinlänglichen Regelung über entsprechende Impedanzen des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers kann hier neben einer Reduktion der Kapazität von C12 auch diejenige der Kapazität von C11 einschließen. Oder C6 und C11 können gleichermaßen kleiner ausgelegt sein als üblich. Als weitere Optimierungsmöglichkeit kann das Windungsverhältnis zwischen L1a und L1b im Haupttransformator variiert werden. In Summe ergibt sich, dass, sobald ein Cuk mitwirkt, aufgrund seiner mannigfaltigen Dimensionierungsmöglichkeiten ein unabhängiger zweiter Regelkreis am besten vermieden werden kann.
Dieser wird - wenn unumgänglich - ermöglicht durch den Einbau des ersten Hilfsschalters S2 zwischen L2 und C12 in einer solchen Richtung, dass Ströme aus der Speicherinduktivität, die über D2 den Pufferkondensator nachladen, von ihm blockiert werden können. Wenn er schaltet, schaltet S2 in einem SEPIC-Ausgang spannungsbezogen immer nach unten. Damit für den Fall, dass S2 schon wieder ausschalten muss wegen seines (nicht dargestellten) unabhängigen Regelkreises, solange der aktiv getaktete Leistungstransistor S1 noch leitet, und die freie Induktivität einen aus der Masse herauskommenden Strom führt, dieser Strom einen Freilaufpfad findet, ist auch hier eine zusätzliche Freilaufdiode D4 vorgesehen, die mit ihrer Anode am Knoten zwischen L2 und S2 beginnend zum Pluspol des Speicherkondensators C2 führt. Damit ist auch hier im SEPIC-Ausgang ein vollständiger kleiner unterlagerter Buck vorhanden, bei dem im Gegensatz zu den beiden bisher erklärten unterlagerten Bucks der Schalter allerdings auf tiefsten Potenzialen liegt und die Freilaufdiode D4 samt seinem Ausgang Aux2 parallel zum Speicherkondensator C2 darüber.
Eine Zweckentfremdung der ausgangsseitigen Speicherinduktivität L2 eines SEPICs zum Bau eines unterlagerten Bucks ermöglicht es, den primärseitigen Spannungsausgang Aux2 des SEPICs für eine folgende Hilfsspannung VAux2 tauglich zu bekommen. Dies funktioniert jedoch nur, wenn die gesamte Induktivität L2 dafür zur Verfügung steht, wenn also keine Isolation vorliegt bzw. keine zwingende magnetische Kopplung zu einem anderen induktiven Element des Gleichspannungswandlers. Genau deswegen kann jeder SEPIC an einem sekundärseitigen Ausgang Aux1 nur eine führende Hilfsspannung VAux1 erzeugen und ist dort zur Erzeugung einer folgenden Hilfsspannung, bspw. VAux2, ungeeignet.
Um zu 4b zu kommen, wechseln die Ausgangsspannungen VAux1 und VAux2 wieder ihre Positionen, ohne jedoch dabei die Ausgänge „mitzunehmen“, und die Messung, die Rückführung ihres Wertes und die Eigenversorgung des gesamten Gleichspannungswandlers wandern auf die Primärseite. Dadurch entsteht ein „SEPIC-Cuk-P“, dessen erster Ausgang Aux1 auf seiner Sekundärseite, an dem jetzt die erste folgende Hilfsspannung VAux2 abgreifbar ist, genauso ausgebildet ist und auch genauso funktioniert wie derjenige von 3b.
Weil jetzt die führende Hilfsspannung VAux1 am zweiten Ausgang Aux2 auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers abgreifbar sein soll, entfällt dort der gesamte Buck, also L2, S2 und D4, die hier allesamt an den Ausgang auf der Sekundärseite gewandert sind. Stattdessen führt vom Knoten zwischen Binnenkondensator C12 und Gleichrichtdiode D2 eine Meßspule L5 nach Masse, die mit der Eingangsspule L6 und sogar mit dem Haupttransformator L1 magnetisch gekoppelt sein kann. Daher entfällt zur Voreinstellung der Höhe von VAux1 die Möglichkeit der L5-Reduktion, und es bleibt dafür nur ein in seiner Kapazität deutlich reduzierter Binnenkondensator C12 oder dessen Kopplung an eine Zwischenanzapfung auf L6 übrig wie durch gestrichelte Verbindungen dargestellt. Ebenso wie zur Vorgängerfigur beschrieben können auch die Binnenkondensatoren C6 und/oder C11 reduzierte Kapazitäten aufweisen sowie das Windungsverhältnis auf dem Haupttransformator L1 variiert sein. Solange D2 leitet, entspricht die Spannung über L5 in etwa der zu messenden Ausgangsspannung VAux1. Ist diese Ausgangsspannung höher als die interne Versorgungsspannung Vc5, genügt wegen ihres Massebezugs ein Abgriff an dieser Meßspule L5 (statt wie oben eine Primärwicklung auf einem Hilfstransformator zu benötigen), um die Spitzenwert-Gleichrichtdiode D5 wieder jeweils gleichzeitig mit D2 leitfähig werden zu lassen, womit bei Messung, Rückführung und Eigenversorgung wieder die Diodenflußspannungen herauskompensiert werden. Ist jedoch die interne Versorgungsspannung Vc5 höher als VAux1, benötigt die Meßspule L5 statt des Abgriffs eine Verlängerung, wie im gestrichelten Kästchen dargestellt. C12 und D2 greifen dann gemeinsam am Abgriff von L5 an, und D5 wird vom oberen Ende der Meßspule versorgt. In beiden Fällen, insbesondere in dem für die höhere Vc5, ist wie in 3b zu beachten, dass die Spitzenwertgleichrichtdiode D5 auf eine Sperrspannung ausgelegt sein muss, die mindestens der Eingangsspannung V_IN entspricht. Sollen Vc5 und VAux1 genau gleich hoch sein, wird L5 zu einer einfachen Spule, und ist die Anode von D5 am gleichen Knoten angeschlossen wie C12 und D2 (nicht dargestellt).
Sobald ein Cuk und ein SEPIC gleichzeitig in Aktion gelangen wie in den 4a und 4b, ist eine Eingangsspule L6 und ein weiterer Binnenkondensator C6 erforderlich. Dieser Zusatzaufwand wird dadurch belohnt, dass der Haupttransformator L1 dann einen Kern ohne Luftspalt besitzen kann, was außerordentlich vorteilhaft ist. Wird diese Option gezogen, können L5 und L6 zwar noch - jeweils mit Luftspalt - untereinander magnetisch gekoppelt sein, nicht mehr jedoch an den Haupttransformator L1. Die Eingangsspule L6 erleichtert zudem einen „Stand-alone“-Betrieb wegen der oft in den Gleichspannungswandler zu integrierenden Leistungsfaktorkorrektur oder PFC. Dann ist auch die eingangs schon erläuterte Begrenzung der Stromspitzen beim erstmaligen Einschalten des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers (die Begrenzung des sogenannten „inrush current“s oder die Einschaltstrombegrenzung) wesentlich, die hier besonders gut gegeben ist. Denn die im Vergleich zu üblichen Filter-, Speicher- oder Pufferkondensatoren kleinen Binnenkondensatoren C6 und C12 begrenzen diesen Strom, der zusätzlich durch L6 verzögert wird. Der Eingangskondensator C_IN muss für PFC-Betrieb ohnehin sehr klein gewählt sein, sodass er für den Einschalt-Spitzenstrom kaum eine Rolle spielt. Die besonders gute PFC-Eignung gilt auch für einen später noch zu zeigenden und zu erklärenden Doppel-SEPIC, ebenso die Tatsache mit dem weiteren Binnenkondensator C6 und der daher optimalen Einschaltstrombegrenzung. Allerdings ist dort ein luftspaltfreier Haupttransformator L1 nicht möglich.
5 zeigt einen „SEPIC-Flyback“ und greift dabei zurück auf 2 inklusive der dort beschriebenen Möglichkeiten zur Voreinstellung oder Mitregelung der primärseitigen Ausgangsspannung VAux2. Denn jeder Flyback kann auf zwei Arten aufgebaut werden, betreffend die Reihenfolge der Elemente seiner Primärseite: Entweder der aktiv getaktete Leistungstransistor S1 sitzt am Pluspol der Eingangsspannung V_IN und die Primärwicklung L1a des Haupttransformators darunter wie in 2, oder die Reihenfolge ist umgekehrt wie hier: Der Leistungstransistor S1 arbeitet gegen Masse, und die Primärwicklung L1a des Haupttransformators L1 ist mit dem Pluspol der Eingangsspannung V_IN und mit der Arbeitselektrode D des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors S1 verbunden. Damit scheidet der Zeta zum Mitnutzen dieser Eingangssituation aus, und stattdessen kommen der Cuk oder der SEPIC ins Spiel. Ein Cuk als Topologie für den primärseitigen Ausgang Aux2 ist schon in 1 ausgeschieden, sodass nur der SEPIC dafür übrigbleibt.
Also wird zwischen der Primärwicklung L1a von L1 und der Arbeitselektrode D von S1 oder an einer Zwischenanzapfung (gestrichelt dargestellt) auf der Primärwicklung der bekannte Binnenkondensator C12 angeschlossen, und der Rest des zweiten Ausgangs Aux2 auf der Primärseite dieses wieder anders zusammengesetzten Gleichspannungswandlers funktioniert genauso wie derjenige des SEPIC-Cuk-S' von 4a.
In einem Unterschied zu 2 liegt hier das Bezugspotenzial S des Leistungstransistors S1 und damit auch dasjenige der Messung und Signalrückführung über D5 und C5 mittels dritter Wicklung L1c auf Masse. Ansonsten arbeitet der hiesige Flyback genauso wie der von 2.
6a stellt einen „SEPIC-Zeta-S“ dar und kann aus 4a hergeleitet werden, indem der dortige Öuk für Aux1 auf seiner Primärseite in einen Zeta umgebaut wird. Dessen einfachere Eingangsseite lässt die Eingangsspule L6 und den weiteren Binnenkondensator C6 hier wegfallen. An die Stelle von L6 wandert die Primärwicklung L1a des Haupttransformators L1, der mit dem Hilfstransformator L5 deswegen magnetisch gekoppelt sein kann, weil beide einen Luftspalt in ihrem Kern benötigen. Zur Voreinstellung der primärseitigen ersten folgenden Ausgangsspannung VAux2 kann der Binnenkondensator C12 anstatt direkt an der Arbeitselektrode D von S1 auch an einer Zwischenanzapfung auf der Primärwicklung L1a angeschlossen sein, wie es gestrichelt dargestellt ist.
Gleichermaßen wird 6b, in der ein „SEPIC-Zeta-P“ gezeigt ist, aus 4b hergeleitet. Wegen des einfacheren Zetas ist kein weiterer Binnenkondensator C6 mehr nötig, und aus dem gleichen Grund ersetzt die Primärwicklung L1a des Haupttransformators L1 die dortige Eingangsspule L6. Auch hier können der Haupttransformator L1 und die Meßspule L5 magnetisch gekoppelt sein, weil beide einen Luftspalt in ihrem Kern benötigen. Für die Dimensionierung der Spitzenwertgleichrichtdiode D5 gegenüber Sperrspannungen gilt hier das gleiche wie das zu den 4b oder 3b bereits Erläuterte, und zur Voreinstellung der primärseitigen jetzt führenden Ausgangsspannung VAux1 das gleiche wie zur Vorgängerfigur Beschriebene. Soll jedoch die interne Versorgungsspannung Vc5 höher sein als VAux1, benötigt die Meßspule L5 statt des Abgriffs eine Verlängerung, wie im gestrichelten Kästchen dargestellt. C12 und D2 greifen dann gemeinsam am Abgriff von L5 an, und D5 wird vom oberen Ende der Meßspule versorgt.
Schließlich fehlt noch 7 und ein in ihr dargestellter „Doppel-SEPIC“, um alle Möglichkeiten von 1 ausgeschöpft zu haben. Zur Herleitung dieser letzten möglichen Zusammensetzung eines Gleichspannungswandlers mit zwei Ausgängen aus zwei SEPICs wird wieder die 4a herangezogen. Der dortige Cuk für Aux1 ist hierfür auf seiner Sekundärseite in einen SEPIC umzubauen, wozu sein Ausgang zu vereinfachen ist. Der zweite weitere Binnenkondensator C11 entfällt, und an seine Position wandert die erste Leistungsdiode D1, die dadurch statt der Freilaufs- eine Nachladefunktion bekommt. Der den dortigen Stromausgang bewirkende Hilfstransformator L5 entfällt, seine Position wird überbrückt. Dadurch wird der erste Speicherkondensator C1 obligatorisch, weil nun ein Spannungsausgang vorliegt, dessen Spannung entsprechend gepuffert sein muss. Weil nun, solange D1 leitet, die Spannung über dem Haupttransformator L1 direkt die Ausgangsspannung VAux1 repräsentiert, genauer gesagt ein Vielfaches davon exakt entsprechend dem Windungsverhältnis L1a : Lb1, kann über ihn auch die Rückmeldung der Messung dieser Spannung und die Eigenversorgung des Gleichspannungswandlers erfolgen.
Die im Binnenkondensator C6 gespeicherte Eingangsspannung V_IN ist in den allermeisten Fällen höher als Vc5 und höher als VAux1, sodass für Rückmeldung und Eigenversorgung wie dargestellt ein Abgriff an der Primärwicklung L1a genügt, an dem die Anode von D5 angeschlossen wird. Ist VAux1 höher als die interne Versorgungsspannung Vc5, ist das Windungsverhältnis zwischen L1 b und dem unteren Teil von L1a, also den Windungen zwischen Masse und dem Abgriff an der Primärwicklung des Haupttransformators L1, größer Eins zu wählen entsprechend dem Spannungsverhältnis VAux1 : Vc5. Ist jedoch Vc5 höher als die führende Hilfsspannung VAux1, muss dasselbe Windungsverhältnis demselben Spannungsverhältnis entsprechend kleiner Eins gewählt werden. Ist in einem sehr seltenen Fall die Eingangsspannung V_IN kleiner als die interne Versorgungsspannung Vc5, wird C6 mit dem Abgriff verbunden, und wird D5 mit ihrer Anode an das obere Ende der Primärwicklung L1a von L1 angeschlossen, wie es im gestrichelten Kästchen gezeigt ist. Zur Voreinstellung von VAux2 kann Binnenkondensator C12 mit einer Zwischenanzapfung auf der Eingangsspule L6 verbunden sein, wie es gestrichelt dargestellt ist.
8a leitet über zu Gleichspannungswandlern mit mehr als zwei Ausgängen, wobei es nach wie vor nur zwei unabhängige Bezugspotenziale gibt, nämlich das der Primärseite und das der Sekundärseite, und wobei es nach wie vor nur einen einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor S1 auf der Primärseite gibt, vom dem alle Ausgangsspannungen mit Leistung versorgt werden und zusätzlich die führende Ausgangs- oder Hilfsspannung VAux1 direkt geregelt wird. Begonnen wird mit Varianten für zwei Ausgänge auf der Sekundärseite, wobei die führende Hilfsspannung VAux1 von den Ausgangsspannungen umfasst ist. Ihr unterlagert soll es eine zweite folgende Hilfsspannung VAux3 geben. Dargestellt ist ein Cuk- oder Zeta-Ausgang, der um die Elemente S3, D11 und C3 erweitert ist. C3 stellt einen dritten Speicherkondensator für einen dritten Ausgang Aux3 dar, an dem die zweite folgende Hilfsspannung VAux3 abgreifbar ist. Gespeist wird der dritte Speicherkondensator C3 durch einen zweiten Hilfsschalter S3, der an der Sekundärwicklung eines Hilfstransformators L5' angeschlossen ist. Der Mess- oder Hilfstransformator L5' dient zwar genauso zur Messung der Ausgangsspannung VAux1, zur Rückführung des Messergebnisses und zur Eigenversorgung des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers, er darf aber im Gegensatz zu einem Hilfstransformator L5 magnetisch nicht an eine Eingangsspule L6 oder an einen Haupttransformator L1, dessen Sekundärwicklung L1b hier ganz links dargestellt ist, gekoppelt sein.
Diese Figur erläutert das zugrundeliegende Prinzip, an einem Stromausgang wie bei Öuk und Zeta eine führende Hilfsspannung VAux1 und gleichzeitig eine folgende Hilfsspannung VAux3 abgreifen zu können. Ein induktives Element, hier die Sekundärwicklung des Mess- oder Hilfstransformators L5', in Serie zum führenden Ausgang Aux1 ist dafür zwingend erforderlich. Denn je nach Leistungsbedarf auf der Hilfsspannung VAux3 wird der Ausgang dieses induktiven Elements vom zweiten Hilfsschalter S3 auf die niedrigere Ausgangsspannung VAux3 hinuntergezogen, wofür eine Flussdiode D11 zusätzlich erforderlich ist, um erstens einen ansonsten durch S3 verursachten Schluss zwischen den beiden Spannungen VAux1 und VAux3 zu vermeiden, und um zweitens nach erfolgter C3-Nachladung und nach einem dadurch ausgelösten Ausschalten von S3 über die Flussdiode D11 den im induktiven Element L5' gespeicherten Strom in die führende Hilfsspannung VAux1 hinein freilaufen lassen zu können und damit auch C1 wieder nachzuladen. Mit S3 werden aus dem ursprünglich kontinuierlichen Strom Stücke herausgeschnitten und auf C3 umgeleitet. Weil L5', S3 und D11 eine Art Hochsetzsteller bilden, muss VAux3 niedriger als VAux1 sein, damit dieses Umleitungsprinzip funktioniert. Dadurch fehlt dem ersten Ausgang C1 jedoch etwas Energie, weshalb seine Ausgangsspannung VAux1 etwas abnimmt, was wiederum von der Messung, Rückführung und Regelung des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors S1 auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers bemerkt wird. Die Regelung steuert dagegen, erhöht die eingebrachte Energie um genau die fehlenden Stücke und korrigiert damit den Abfall der führenden Hilfsspannung VAux1. In den vorausgegangenen 2 bis 7 ist dieses Prinzip auf einen gesamten zusammengesetzten Gleichspannungswandler erweitert worden, indem von seinen Bestandteilen mindestens einer einen Stromausgang aufweist, der durch einen unterlagerten Buck erweiterbar ist, wobei wiederum ein Hilfsschalter zum unabhängigen Regeln einer folgenden Hilfsspannung die Hauptrolle spielt.
In diesem Zuge stellt sich heraus, dass auch nicht-isolierende SEPIC-Ausgänge, die gemäß der Wandlertheorie eigentlich Spannungsausgänge darstellen, dementsprechend erweiterbar sind, wenn die direkt davor auf Masse führende Speicherinduktivität hinzugezogen wird, weshalb die Charakterisierung „Stromausgang“ zu verallgemeinern ist wie folgt: Die Masche des Gleichspannungswandlers, die den Ausgangs-Speicherkondensator enthält, muss zusätzlich mindestens eine Freilauf- oder Gleichrichtdiode und mindestens ein ungekoppeltes, also freies induktives Element umfassen.
Dieses Prinzip ist in 8b auf einer Sekundärseite vereinigt. Ein unveränderter Zeta-Ausgang bestehend aus L1b, C11, D1, L5b und C1 versorgt den ersten Ausgang Aux1, an dem die führende Hilfsspannung VAux1 abgreifbar ist. Weil dies nicht nur ein unveränderter Ausgang ist, sondern weil er genauso unverändert die Pflicht zur Spannungsmessung und Rückführung des Ergebnisses hat, kann hier die Sekundärwicklung L5b des Hilfstransformators L5 wieder magnetisch an den Haupttransformator L1 gekoppelt sein. Unterhalb von L5b und angeschlossen an die Kathode von D1 befindet sich ein zweiter unterlagerter Buck aus einem zweiten Hilfsschalter S3, einer zweiten zusätzlichen Freilaufdiode D3 und einer zweiten freien Induktivität L3, um den Speicherkondensator C3 des dritten Ausgangs Aux3 derart zu versorgen, dass dort eine zweite folgende Hilfsspannung VAux3 abgreifbar wird. An der Position des zweiten unterlagerten Bucks ist ersichtlich, dass VAux3 nur niedriger als VAux1 sein kann. Der erste unterlagerte Buck liegt auf der nicht dargestellten Primärseite eines entsprechend zusammengesetzten Gleichspannungswandlers, da dort ja die hier fehlende erste folgende Ausgangsspannung VAux2 vorgehalten werden soll.
An der Relation der beiden Ausgangsspannungen zueinander ändert sich auch in 8c noch nichts. Einziger Unterschied zur Vorgängerfigur ist, dass hier der dritte Ausgang Aux3 für die zweite folgende Hilfsspannung VAux3 seinen eigenen Binnenkondensator C13 und seine eigene Freilaufdiode D13 hinzubekommt. Dies kann sinnvoll sein, wenn VAux3 entweder spannungsmäßig oder leistungsmäßig sehr stark von VAux1 abweicht oder insbesondere, wenn diese Abweichungen sehr stark schwanken.
Erst 8d löst die Spannungsrelation zwischen VAux1 und VAux3 auf, weil der dritte Ausgang C3 seine eigene zweite Sekundärwicklung L11 auf dem Haupttransformator L1 hinzubekommt. Die vorher limitierenden Knoten zwischen D1 und S3 bzw. zwischen C11 und C13 sind verschwunden. L11 kann beispielsweise eine deutlich höhere Windungszahl aufweisen als die erste Sekundärwicklung L1b, weshalb trotz der tiefsetzenden Wirkung des unterlagerten zweiten Bucks aus S3, D3 und L3 die zweite folgende Hilfsspannung VAux3 höher als die führende Hilfsspannung VAux1 sein kann.
9a erweitert die Möglichkeiten für drei unabhängig voneinander regelbare Ausgangsspannungen an ein und demselben Gleichspannungswandler mit nur einem einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor auf der Primärseite auf den Fall, dass beide folgenden Ausgangs- oder Hilfsspannungen, also bspw. VAux2 und VAux3, auf der Sekundärseite zur Verfügung stehen sollen. Gegenüber der 8a ist die Schaltung wie zu erwarten um den nun ersten unterlagerten Buck aus S2, D4 und L2 erweitert. Weil es mangels einer führenden Hilfsspannung keine Pflicht zur übergeordneten Ausgangsspannungsmessung gibt, gibt es auch keinen Mess- oder Hilfstransformator L5' mehr, sondern stattdessen die freie Induktivität L2. Denn vom zweiten Ausgang Aux2 soll die erste folgende Hilfsspannung VAux2 abgegeben werden. Deshalb heißt die Flussdiode in Serie dorthin jetzt D12. Wegen der Boost-artigen Konfiguration aus L2, S3 und D12 muss VAux2 höher als VAux3 sein. Diese Art Boost nutzt außerdem die freie Induktivität L2, die mit S2 und D4 den ersten unterlagerten Buck bildet, mit.
9b entspricht der 8b, wenn anstelle der Sekundärwicklung L5b des dortigen Hilfstransformators L5 der erste unterlagerte Buck bestehend aus S2, D4 und L2 eingebaut wird. Weil L3 ebenso eine freie Induktivität sein muss, um die Funktion des zweiten Bucks aus S3, D3 und L3 nicht zu konterkarieren, darf keine der hiesigen Induktivitäten mit irgendeiner anderen magnetisch gekoppelt sein. Im Vergleich zur direkten Vorgängerfigur 9a fehlt hier die Flussdiode zwischen L2 und dem Pluspol von C1, und der oben alleinstehende zweite Hilfsschalter S3 wird hier mittels D3 und L3 zum zweiten unterlagerten Buck vervollständigt, der deswegen auch von der Kathode von D1 versorgt sein kann anstatt vom rechten Ende der freien Induktivität L2.
Dieselbe Umbauanleitung „erster unterlagerter Buck anstelle von L5b“ gilt auch dafür, 9c aus der 8c und 9d aus der 8d zu gewinnen.
Oder 9c unterscheidet sich durch den weiteren Binnenkondensator C13 und die zugehörige Freilaufdiode D13 für den dritten Ausgang Aux3 von der Vorgängerfigur, und 9d schließlich von 9c durch die eigene Sekundärwicklung L11 in Serie zu C13 für denselben Ausgang. Dies ist besonders vorteilhaft für stark voneinander abweichende Höhen der Ausgangsspannungen VAux2 und VAux3, welche Abweichung sich in dann unterschiedlichen Windungszahlen der Sekundärwicklungen L1 b und L11 wiederspiegelt.
10a bringt eine Möglichkeit mit sich, auf Basis eines Zeta-Ausgangs auch auf der Primärseite eine weitere folgende Hilfsspannung anzubieten, die in Rücksicht auf das Vorherige mit dritter folgender Hilfsspannung VAux4 bezeichnet wird und an einem vierten Ausgang Aux4 abgreifbar ist, der zusammen mit dem schon bekannten zweiten Ausgang Aux2, der hier allerdings die führende Hilfsspannung VAux1 abgeben soll, auf der Primärseite liegt. Wie schon bei 8a gibt es dazu zwar einen Mess- oder Hilfstransformator L5', der aber nicht an eine Eingangsinduktivität L6 oder den Haupttransformator L1 magnetisch gekoppelt sein darf. Zwischen L5' und den zweiten Ausgang C2 ist wieder die zu VAux1 führende Flussdiode D11 geschaltet, um es einem ebenfalls neuen dritten Hilfsschalter S4 zu ermöglichen, je nach Bedarf an Leistung auf einer Hilfsspannung VAux4 durch sein Einschalten einen Strom in L5' von D11 abzuziehen und zum Nachladen eines vierten Ausgangskondensators C4 umzuleiten. Aus dem gleichen Grund wie in 8a und 9a kann auch hier die dritte folgende Hilfsspannung VAux4 nur niedriger als die führende Hilfsspannung VAux1 sein.
In 10b ist der primärseitige Zeta-Ausgang wieder auf Normalform bestehend aus D2, L5b und C2 zurückgebaut, dafür ist unterhalb von L5b und angeschlossen an die Kathode von D2 ein dritter unterlagerter Buck bestehend aus S4, D6 und L4 eingefügt, dessen dritte freie Induktivität L4 den vierten Ausgang Aux4 versorgt. Wie oben, aber durch den dritten Buck noch deutlicher manifestiert, kann auch hier die dritte folgende Hilfsspannung VAux4 nur niedriger als die führende Hilfsspannung VAux1 sein.
10c erweitert die Vorgängerfigur um einen eigenen Binnenkondensator C14 und eine eigene Freilaufdiode D14 für den vierten Ausgang Aux4. Wie bei 8c ist dies besonders dann sinnvoll, wenn die Hilfsspannungen VAux1 und VAux4 stark voneinander abweichen, weil sich solche Abweichungen in unterschiedlichen Ladungen der beiden unabhängigen Binnenkondensatoren wiederspiegeln können.
Das Prinzip der Zwischenanzapfungen auf der Primärwicklung L1a zweifach angewandt ergibt 10d, wodurch die beiden unabhängigen Binnenkondensatoren C12 und C14 optimal ergänzt werden. Weil die Anzapfung für C14 näher am ruhenden Potenzial - hier Masse - liegt, ist sein Spannungshub geringer als der von C12, und ist deswegen VAux4 auf jeden Fall niedriger als VAux1, sogar ohne D6 und mit überbrücktem S4.
11a entsteht aus der 10a durch Ersatz des dortigen Mess- oder Hilfstransformators L5' durch den bereits bekannten ersten unterlagerten Buck bestehend aus S2, D4 und L2. Denn vom zweiten Ausgang Aux2 soll nun die erste folgende Hilfsspannung VAux2 abgegeben werden. Deshalb heißt die Flussdiode in Serie dorthin zwischen L2 und C2 nun wieder D12.
In 11b ist die Flussdiode (D12 in der 11a) im zweiten Ausgang überbrückt, und stattdessen ist dem vierten Ausgang vorgeschaltet der vollständige dritte unterlagerte Buck bestehend aus S4, D6 und L4 und angeschlossen an die Kathode von D2.
In 11c wird genau dieser weitere unterlagerte Buck aus S4, D6 und L4 nicht mehr aus der Kathode von D2, sondern über einen eigenen Binnenkondensator C14 und eine eigene Freilaufdiode D14 gespeist. Wie schon weiter oben kann dies sinnvoll sein, wenn VAux4 entweder spannungsmäßig oder leistungsmäßig sehr stark von VAux2 abweicht oder insbesondere, wenn diese Abweichungen sehr stark schwanken.
11d zeigt schließlich das zweifach angewandte Prinzip der Zwischenanzapfungen auf der Primärwicklung L1a zur optimalen Ergänzung der beiden Binnenkondensatoren C12 und C14. Weil die Anzapfung für C14 näher am ruhenden Potenzial - hier Masse - liegt, ist dessen Spannungshub geringer und deswegen VAux4 in den meisten Fällen niedriger als VAux2.
12a beschreibt die vorletzten noch nicht behandelten Rahmenbedingungen „SEPIC-Ausgänge auf der Primärseite und Abgabe der führenden und der dritten folgenden Hilfsspannung“, wobei das in den 8a, 9a, 10a und 11a gewählte Prinzip der Stromumleitung durch einen weiteren Hilfsschalter hier zu einer negativen dritten folgenden Hilfsspannung führen würde. Deswegen greift die hiesige 12a sogleich das Prinzip der 8b, 9b, 10b und 11b auf, zwei etwa gleiche Ausgänge ineinander zu schachteln. Einem Standard-SEPIC-Ausgang Aux2 bestehend aus L5, D2 und C2 für die führende Hilfsspannung VAux1 ist ein weiterer solcher, Aux4, bestehend aus D14 und C4 sowie angeschlossen zwischen C12 und L5 für die dritte folgende Hilfsspannung VAux4 buchstäblich unterlagert, dem wiederum der dritte unterlagerte Buck bestehend aus S4, D6 und L4 zugeordnet ist. 12b unterscheidet sich von der Vorgängerfigur nur darin, dass der vierte Ausgang Aux4 bestehend aus S4, D6, L4, D14 und C4 einen eigenen Binnenkondensator C14 bekommen hat, was wie schon oben für stark schwankende Leistungen an VAux4 oder stark von VAux1 abweichende Höhen von VAux4 sinnvoll sein kann.
Einen besonderen Sinn ergeben die beiden unabhängigen Binnenkondensatoren erst dann, wenn sie wie in 12c dargestellt an jeweils eigenen, unterschiedlichen Zwischenanzapfungen auf der Primärwicklung L1a oder auf der Eingangsinduktivität L6 angeschlossen werden. Auch hier bekommt der untere Binnenkondensator C14 einen geringeren Spannungshub geliefert, weil sein Zwischenabgriff näher am ruhenden Potenzial - hier am Pluspol der Eingangsspannung - liegt als derjenige des oberen Binnenkondensators C12. Folglich ist VAux4 hier auf jeden Fall niedriger als die führende Hilfsspannung VAux1, selbst ohne D6 und mit überbrücktem S4.
In 13a ist - ausgehend von der 12a - die Meßspule L5 gegen Masse durch den ersten unterlagerten Buck bestehend aus S2, D4 und der freien Induktivität L2 ersetzt, wobei L2 ebenso wie vormals L5 mit Masse verbunden ist, und wobei die Kathode von D4 zum Pluspol des zweiten Speicherkondensators C2 zeigt. Damit ist klar, dass am zweiten Ausgang Aux2 nun die erste folgende Hilfsspannung VAux2 abgebbar sein soll, und am vierten Ausgang Aux4 unverändert die dritte folgende Hilfsspannung VAux4. Dies stellt die letzte zu behandelnde Kombination aus zwei primärseitigen SEPIC-Ausgängen mit der Rahmenbedingung „zwei folgende Hilfsspannungen abzugeben“ dar.
13b und 13c schließlich entstehen aus den 12b und 12c genauso und aus gleichem Grund, wie die 13a aus der 12a entstanden ist.
BEZUGSZEICHENLISTSE

Aux1: Erster Ausgang eines zusammengesetzten Gleichspannungswandlers auf dessen Sekundärseite
Aux2: zweiter Ausgang eines zusammengesetzten Gleichspannungswandlers auf dessen Primärseite
Aux3: dritter Ausgang eines zusammengesetzten Gleichspannungswandlers auf dessen Sekundärseite
Aux4: vierter Ausgang eines eines zusammengesetzten Gleichspannungswandlers auf dessen Primärseite
C1: Abschlusskondensator des ersten Ausgangs oder erster Speicherkondensator
C2: Abschlusskondensator des zweiten Ausgangs oder zweiter Speicherkondensator
C3: Abschlusskondensator des drittten Ausgangs oder dritter Speicherkondensator
C4: Abschlusskondensator des vierten Ausgangs oder vierter Speicherkondensator
C5: Speicherkondensator der Eigenversorgung des einzigen aktiv getakteten Leistungstransistors
C6: Binnenkondensator auf der Primärseite eines Cuks oder SEPICs, der jeweils die Sekundärseite versorgt.
C11: Binnenkondensator auf der Sekundärseite eines Cuks oder Zetas
C12: Binnenkondensator in Serie zum zweiten Ausgang
C13: Binnenkondensator in Serie zum dritten Ausgang
C14: Binnenkondensator in Serie zum vierten Ausgang
C_IN: Abschlusskondensator am Eingang oder Eingangskondensator oder Eingang des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers
D1: Leistungsgleichrichtdiode im ersten Ausgang
D2: Leistungsgleichrichtdiode im zweiten Ausgang
D3: zweite zusätzliche Freilaufdiode im dritten Ausgang
D4: erste zusätzliche Freilaufdiode im ersten oder zweiten Ausgang für eine erste folgende Hilfsspannung
D5: Spitzwert-Gleichrichtdiode zur Eigenversorgung und zur Spannungsmessung
D6: dritte zusätzliche Freilaufdiode im vierten Ausgang
D11: Flussdiode für eine führende Hilfsspannung
D12: Flussdiode für eine erste folgende Hilfsspannung
D13: Leistungsgleichrichtdiode im drittten Ausgang
D14: Leistungsgleichrichtdiode im vierten Ausgang
L1: Haupttransoformator des zusammengesetzten Gleichspannungswandlers
L1a: Primärwicklung des Haupttransformators
L1b: Sekundärwicklung des Haupttransformators
L1c: Dritte Wicklung oder Messwicklung des Haupttransformators
L2: freie Induktivität in Serie zur ersten folgenden Hilfsspannung
L3: zweite freie Induktivität in Serie zum dritten Ausgang
L4: dritte freie Induktivität in Serie zum vierten Ausgang
L5: Hilfstransformator oder Meßspule zur Eigenversorgung und zur Messung und Rückführung eines für die führende Hilfsspannung repräsentativen Wertes
L5a: Primärwicklung von L5, die Rückführung und Eigenversorgung bewerkstelligend
L5b: Sekundärwicklung von L5, die den Strom für die führende Hilfsspannung glättet und gleichzeitig diese Spannung mißt
L5': an gleicher Position und in gleicher Funktion wie L5b, nur keinesfalls magnetisch an den Haupttransformator L1 oder an eine Eingangsspule gekoppelt
L6: Eingangsspule eines Cuks oder SEPICs
L11: zweite Sekundärwicklung des Haupttransformators mit von L1 b abweichender Windungszahl
R_A: Oberer Widerstand des Meßspannungsteilers für die Rückführung eines Signals repräsentativ für die führende Hilfsspannung zur Regelung des Gleichspannungswandlers
R_M: Unterer Widerstand desselben Meßspannungsteilers
S1: einziger aktiv getakteter Leistungstransistor des Gleichspannungswandlers, gezeichnet als sogenannter „TinySwitch“
A: sein Anschluss für die Eigenversorgung
M: sein Anschluss für die Rückführung einer Spannung repräsentativ für die Größe, auf die der Gleichspannungswandler geregelt werden soll
S: sein Anschluss für seine Bezugselektrode (Source)
D: sein Anschluss für seine Arbeitselektrode (Drain)
S2: erster Hilfsschalter in Serie zur ersten folgenden Hilfsspannung
S3: zweiter Hilfsschalter in Serie zum dritten Ausgang
S4: dritter Hilfsschalter in Serie zum vierten Ausgang
VAux1: führende Hilfsspannung auf der Sekundär- oder auf der Primärseite
VAux2: erste folgende Hilfsspannung auf der Primär- oder auf der Sekundärseite
VAux3: zweite folgende Hilfsspannung am dritten Ausgang, der auf der Sekundärseite liegt
VAux4: dritte folgende Hilfsspannung am vierten Ausgang, der auf der Primärseite liegt
Vc5: Spannung zur Eigenversorgung von S1 und zurückgeführte Meßspannung repräsentativ für VAux1 zur Regelung des Gleichspannungswandlers
V_IN: Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers

Claims

Getakteter isolierender Gleichspannungswandler aufweisend: - eine Primärseite und - eine Sekundärseite sowie - einen Eingang (C_IN) auf der Primärseite zum Eingeben elektrischer Energie, welche zu wandeln ist, - einen ersten und mindestens einen zweiten Ausgang (Aux1, Aux2) zum Abgeben der gewandelten elektrischen Energie, - einen einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor (S1) auf der Primärseite zum Wandeln der eingegebenen elektrischen Energie und - einen Haupttransformator (L1), dessen Primärwicklung (L1 a) im Stromkreis der Primärseite in Serie zu dem einzigen aktiv getakteten Leistungstransistor (S1) geschaltet ist und von diesem periodisch auf- oder ummagnetisiert wird, und der die Primärseite von der Sekundärseite galvanisch trennt und die in den Gleichspannungswandler eingegebene elektrische Energie per magnetischer Kopplung von der Primär- auf die Sekundärseite überträgt, -- mindestens einen energiespeichernden Binnenkondensator (C6, C11, C12, C13, C14) zum Blocken von Gleichströmen, der zwischen den Haupttransformator (L1) und jeweils einen Ausgang (Aux1, Aux2, Aux3, Aux4) geschaltet ist und einen Energiefluss vom Haupttransformator (L1) zu jeweils einen Ausgang (Aux1, Aux2, Aux3, Aux4) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass -- mindestens ein erster Ausgang (Aux1) auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers liegt und mindestens ein zweiter Ausgang (Aux2) auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers liegt.
Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder seiner Ausgänge (Aux1 , Aux2) eine Ausgangsmasche aufweist, die einen Ausgangs-Speicherkondensator (C1, C2, C3, C4) zur Pufferung einer zugehörigen Ausgangsspannung, eine gleichrichtende Leistungsdiode (D1, D2, D13, D14) und eine Induktivität (L1b, L2, L3, L4, L5, L5b, L5`) umfasst.
Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine führende Ausgangsspannung (VAux1) erzeugt, die durch die Taktung des einzigen aktiven Leistungstransistors (S1) direkt geregelt ist.
Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle weiteren Ausgangsspannungen (VAux2, VAux3, VAux4) der führenden Ausgangsspannung (Vaux1) folgende Ausgangsspannungen sind.
Gleichspannungswandler gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Binnenkondensator (C12, C14) an einer Zwischenanzapfung einer Induktivität (L1 a, L6) angeschlossen ist.
Gleichspannungswandler gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Binnenkondensator (C6, C11, C12, C13, C14) eine Kapazität aufweist, die kleiner oder gleich 1/100 der Kapazität eines Speicherkondensators (C1, C2, C3, C4) ist, der den Ausgang abschließt, der über den Binnenkondensator an den Gleichspannungswandler gekoppelt ist.
Gleichspannungswandler gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausgangsmasche, deren Ausgang (Aux2, Aux3, Aux4) eine folgende Ausgangsspannung (VAux2, VAux3, VAux4) abgeben kann, die Induktivität eine freie Induktivität (L2, L3, L4, L5`) ist, welche nicht an den Haupttransformator (L1) oder an eine Eingangsspule (L6) magnetisch gekoppelt ist.
Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Ausgangsmaschen, deren Ausgänge (Aux1, Aux2, Aux3, Aux4) jeweils eine folgende Ausgangsspannung (VAux2, VAux3, VAux4) abgeben können, die freie Induktivität (L2, L3, L4, L5`) Teil eines unterlagerten Tiefsetzstellers (Buck) ist, wobei ein Ende der freien Induktivität an einem Pol des Speicherkondensators (C1, C2, C3, C4) angeschlossen ist, die Anode einer zusätzlichen Freilaufdiode (D3, D4, D6) mit dem anderen Pol des Speicherkondensators verbunden ist, wenn der andere Pol der Minuspol ist, oder die Kathode der zusätzlichen Freilaufdiode mit dem anderen Pol des Speicherkondensators verbunden ist, wenn der andere Pol der Pluspol ist, und wobei die noch freie Elektrode der zusätzlichen Freilaufdiode und das noch freie Ende der freien Induktivität einen neuen gemeinsamen Knoten bilden, an dem ein Hilfsschalter (S2, S3, S4) angeschlossen ist.
Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hilfsschalter (S2, S3, S4) mit einem Binnenkondensator (C11, C12, C13, C14) verbunden ist.
Gleichspannungswandler gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hilfsschalter (S2, S3, S4) nach einem Zweipunkt-Regelprinzip angesteuert wird, wobei ein Hilfsschalter (S2, S3, S4) eingeschaltet wird, wenn die von ihm kontrollierte folgende Ausgangsspannung (VAux2, VAux3, VAux4) kleiner als ein dazugehöriger Sollwert ist, und wobei derselbe Hilfsschalter (S2, S3, S4) wieder ausgeschaltet wird, wenn dieselbe Ausgangsspannung (VAux2, VAux3, öVAux4) größer als der Sollwert geworden ist.
Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweipunkt-Regelprinzip hysteresebehaftet ist, wobei beim Ausschalten auf den Sollwert eine Hysteresespannung aufaddiert wird, welche beim Einschalten davon subtrahiert wird.