DE10234999A1 - Reserve power supply device for electronic devices has incoming/outgoing connections and a transformer to pick up, deliver and transform/convert primary and secondary voltage/current respectively - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hilfsstromversorgungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an auxiliary power supply device according to the preamble of claim 1.
Bei vielen elektronischen Geräten ist neben einer Hauptstromversorgung eine Hilfsstromversorgung oder eine Hilfsstromversorgungseinrichtung notwendig, um bei bestimmten Betriebsarten der elektronischen Geräte, bei welchen die Hauptstromversorgung, zum Beispiel aus Stromsparerfordernissen, abgeschaltet wird, mit elektrischer Energie zu versorgen.With many electronic devices in addition to a main power supply, an auxiliary power supply or an auxiliary power supply is necessary to help with certain Operating modes of the electronic devices in which the main power supply, for example from electricity saving requirements, is switched off with to supply electrical energy.
Typische Anforderungen an Hilfsstromversorgungen können bei gängigen Konzepten, bei welchen ein Anschlussbereich vorgesehen ist, welcher zum Empfang einer Primärspannung und/oder eines Primärstroms abgebildet ist, welche einen Ausgangsanschlussbereich aufweisen, welcher zur Ausgabe einer Sekundärspannung und/oder eines sekundären Stroms ausgebildet ist, und welche eine Transformationseinrichtung aufweisen, welche zur Umwandlung der aufgenommenen Primärspannung und/oder des aufgenommenen Primärstroms zur abzugebenen Sekundärspannung bzw. zum abzugebenen Sekundärstrom ausgebildet sind, nur eingeschränkt oder teilweise realisiert werden. Diese Anforderungen betreffen zum einen eine gewünschte möglichst geringe eigene Leistungsaufnahme, eine möglichst geringe Baugröße, die Möglichkeit des Ausbildens einer integrierten oder monolithischen Bauform und auf jeden Fall die Sicherstellung einer entsprechenden galvanischen Trennung oder Entkopplung des Hilfsstromkreises von dem zu versorgenden Stromkreis.Typical requirements for auxiliary power supplies can with common Concepts in which a connection area is provided, which for Receive a primary voltage and / or a primary current is shown, which have an output connection area, which to output a secondary voltage and / or a secondary Current is formed, and which is a transformation device have, which for converting the recorded primary voltage and / or the absorbed primary current to the secondary voltage to be delivered or the secondary current to be delivered are trained, limited or partially realized. On the one hand, these requirements apply a desired one as low as possible own power consumption, the lowest possible Size that possibility the development of an integrated or monolithic design and in any case ensuring a corresponding galvanic Isolation or decoupling of the auxiliary circuit from the one to be supplied Circuit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfsstromversorgungseinrichtung bereitzustellen, bei welcher auf möglichst einfache Art und Weise Platz sparend, zuverlässig und kostengünstig eine Hilfsstromversorgung auf galvanisch getrennte Art und Weise realisierbar ist.The invention has for its object a Provide auxiliary power supply device, on which preferably A simple, space-saving, reliable and inexpensive auxiliary power supply can be implemented in a galvanically isolated manner.
Die Aufgabe wird bei einer Hilfsstromversorgungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.The task is at an auxiliary power supply device the one mentioned at the beginning Kind according to the invention the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous further developments of Auxiliary power supply device according to the invention are subject to the dependent Dependent claims.
Gegenüber gattungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtungen ist die erfindungsgemäße Hilfsstromversorgungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung eingangsanschlussseitig eine Gleichspannungswandlereinrichtung oder DC-DC-Wandlereinrichtung aufweist und dass die Transformationseinrichtung aungangsanschlussseitig eine Ladungspumpeneinrichtung mit einer Mehrzahl Paare zueinander komplementärer Phasen aufweist.Compared to generic auxiliary power supply devices is the auxiliary power supply device according to the invention characterized in that the transformation device on the input connection side a DC converter device or DC-DC converter device and that the transformation device on the input connection side a charge pump device with a plurality of pairs to one another complementary Phases.
Es ist somit eine Kernidee der vorliegenden Erfindung, die Transformationseinrichtung, welche zum Beispiel üblicherweise von einem Transformator als solchem realisiert wird, durch die Kombination einer Gleichspannungswandlereinrichtung mit einer Ladungspumpeneinrichtung auszubilden, insbesondere also unter Vermeidung eines teuren und Platz raubenden Transformators. Dabei ist auch wesentlich, dass die Ladungspumpeneinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl Paare zueinander komplementärer Phasen zu erzeugen.It is thus a core idea of the present invention the transformation device, which for example usually from a transformer as such, through the combination a DC converter device with a charge pump device to train, in particular thus avoiding an expensive and Space-consuming transformer. It is also essential that the charge pump device is designed to have a plurality Pairs complementary to each other To generate phases.
Die Ladungspumpeneinrichtung wird vorteilhafterweise durch eine Gleichspannung oder durch Gleichstrom betreibbar ausgebildet.The charge pump device will advantageously by a direct voltage or by direct current trained operable.
Es ist vorgesehen, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung die Ladungspumpeneinrichtung eingangsanschlussseitig eine Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle aufweist und dass durch die Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle die Mehrzahl der Paare zueinander komplementärer Phasen erzeugbar sind.According to a preferred embodiment the auxiliary power supply device according to the invention the charge pump device on the input connection side an AC voltage source or has an alternating current source and that by the alternating voltage source or AC source the majority of the pairs of mutually complementary phases can be generated.
Vorteilhafterweise ist die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle der Ladungspumpeneinrichtung eine Oszillatoreinrichtung oder Oszillationseinrichtung oder weist eine solche auf.The alternating current source is advantageous or alternating voltage source of the charge pump device, an oscillator device or oscillation device or has one.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass durch die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle für die Phasen zueinander komplementäre Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale erzeugbar sind.It is still an advantage that by the alternating current source or alternating voltage source for the phases complementary to each other Secondary voltage signals or secondary current signals can be generated are.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung ist es vorgesehen, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle eine Mehrzahl Ausgangsanschlüsse aufweist und dass jeweils einem Ausgangsanschluss je ein Sekundärspannungssignal oder Sekundärstromsignal der Phasen zuordenbar oder zugeordnet und auf diesen ausgebbar ist.According to an advantageous development the auxiliary power supply device according to the invention it is provided that the alternating current source or alternating voltage source a plurality of output ports and that each have an output terminal a secondary voltage signal or secondary current signal the phases can be assigned or assigned and output on these.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale der Phasen jeweils in etwa die Form eines Rechtecksignals oder Trapezsignals aufweisen. Diese Signalformen sind auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise generierbar und überlagerbar.It is also provided that the secondary voltage signals or secondary current signals of the Phases each roughly in the form of a square wave or trapezoidal signal exhibit. These signal forms are particularly simple and reliable and can be generated and superimposed.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Wechselstromquelle oder der Wechselspannungsquelle ausgangsanschlussseitig direkt eine Trenn/Kopplungseinrichtung nachgeschaltet ist. Durch diese Trenn/Kopplungseinrichtung wird zum einen die galvanische Trennung zu dem zu versorgenden Schaltkreis als auch dessen Ankopplung an die Hilfsstromversorgung gewährleistet.It is also advantageous that the AC power source or the AC voltage source on the output terminal side a disconnecting / coupling device is connected directly. By this separation / coupling device becomes the galvanic Separation to the circuit to be supplied and its coupling to the auxiliary power supply.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Trenn/Kopplungseinrichtung gebildet wird von einer Koppelkondensatoreinrichtung einer Mehrzahl von Koppelkondensatoren.It is particularly advantageous that the separation / coupling device is formed by a coupling capacitor device a plurality of coupling capacitors.
Weiterhin wird bevorzugt, dass jedem Sekundärspannungssignal oder Sekundärstromsignal der Phasen je ein Koppelkondensator zugeordnet ist und dass insbesondere mit jedem Ausgangsanschluss ein Koppelkondensator in Reihe geschaltet verbunden ist.It is further preferred that each secondary voltage signal or secondary current signal of the phases is assigned a coupling capacitor and that in particular a coupling capacitor is connected in series with each output connection.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Trenn/Kopplungseinrichtung ausgangsanschlussseitig eine Gleichrichtereinrichtung nachgeschaltet ist zur unabhängigen Gleichrichtung der jeweiligen Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale der Phasen.According to another preferred embodiment it is provided that the separation / coupling device on the output connection side a rectifier device is connected downstream for independent rectification of the respective secondary voltage signals or secondary current signals of phases.
Dabei wird bevorzugt, dass die Gleichrichtereinrichtung eine Mehrzahl Gleichrichter aufweist und dass diese Gleichrichter insbesondere als parallel und gegeneinander orientiert geschaltete Paare Dioden ausgebildet und jeweils eine Ausgangsseite eines jeweiligen Koppelkondensators zugeordnet und nachgeschaltet sind.It is preferred that the rectifier device has a plurality of rectifiers and that these rectifiers in particular as connected in parallel and mutually oriented Pairs of diodes are formed and each have an output side of a respective one Coupling capacitor are assigned and connected downstream.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Gleichrichtereinrichtung ausgangsanschlussseitig eine Glättungseinrichtung nachgeschaltet ist.It is also an advantage if of the rectifier device on the output connection side a smoothing device is connected downstream.
Diese Glättungseinrichtung weist bevorzugterweise eine parallel geschaltete Kondensatoreinrichtung auf oder wird durch diese gebildet. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein erster Anschluss oder Anschlussbereich der Kondensatoreinrichtung mit Dioden einer ersten Orientierung und ein zweiter Anschluss oder Anschlussbereich der Kondensatoreinrichtung mit den Dioden der zweiten Orientierung verbunden sind.This smoothing device preferably has a capacitor device connected in parallel or through this formed. It is particularly provided that a first Connection or connection area of the capacitor device with diodes a first orientation and a second connection or connection area the capacitor device with the diodes of the second orientation are connected.
Die Gleichspannungswandlereinrichtung kann ebenfalls verschiedene Ausführungsformen aufweisen.The DC voltage converter device can also have different embodiments.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Gleichspannungswandlereinrichtung eingangsanschlussseitig eine Schwingkreiseinrichtung aufweist.It is particularly advantageous if the DC converter device on the input connection side has a resonant circuit device.
Ferner wird dabei bevorzugt, dass die Schwingkreiseinrichtung einen Serienschwingkreis aufweist oder durch einen solchen gebildet wird, insbesondere mit einer Induktivität und einer Kapazität, wobei die Schwingkreiseinrichtung über eine parallel zur Kapazität vorgesehene steuerbare Schalteinrichtung gesteuert parallel anregbar ausgebildet ist.It is further preferred that the resonant circuit device has a series resonant circuit or is formed by such, in particular with an inductor and Capacity, whereby the resonant circuit device over one parallel to the capacity provided controllable switching device can be excited in parallel in a controlled manner is trained.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung ist es vorgesehen, dass der Schwingkreiseinrichtung ausgangsseitig eine Gleichrichtereinrichtung nachgeschaltet ist zur Gleichrichtung der durch die Schwingkreiseinrichtung erzeugten Spannungen/Ströme, insbesondere in Form zur Schwingkreiseinrichtung seriell und entgegengesetzt orientiert geschalteter Dioden.With a particularly advantageous embodiment the auxiliary power supply device according to the invention it is provided that the resonant circuit device on the output side a rectifier device is connected downstream for rectification the voltages / currents generated by the resonant circuit device, in particular in the form of a resonant circuit device oriented in series and in opposite directions switched diodes.
Ferner ist es vorgesehen, dass der Gleichrichtereinrichtung ausgangsanschlussseitig eine Glättungseinrichtung nachgeschaltet ist, insbesondere in Form einer Kondensatoreinrichtung, welche insbesondere mit einem ersten Anschluss mit der einen Diode und mit einem zweiten Anschluss mit der anderen Diode der Gleichrichtereinrichtung parallel verbunden ist.It is also provided that the Rectifier device on the output connection side a smoothing device is connected downstream, in particular in the form of a capacitor device, which in particular with a first connection with the one diode and with a second connection to the other diode of the rectifier device is connected in parallel.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn zur Ansteuerung der Schaltereinrichtung der Schwingkreiseinrichtung eine Ansteueranordnung vorgesehen ist. Die Ansteueranordnung öffnet und schließt den Schalter vorzugsweise periodisch, wobei der Schalter bevorzugt für ein näherungsweise der Resonanz-Periodendauer des Schwingkreises entsprechendes Zeitintervall geöffnet wird. Über die Zeitdauer des Schließens des Schal ters ist eine Steuerung der an die nachfolgende Gleichrichteranordnung abgegebenen Leistung möglich.It is particularly advantageous if to control the switch device of the resonant circuit device a control arrangement is provided. The control arrangement opens and includes the switch preferably periodically, the switch preferably for a approximately the resonance period time interval corresponding to the resonant circuit is opened. About the Time of closing the switch is a control of the subsequent rectifier arrangement delivered performance possible.
Vorteilhafterweise weist die Schwingkreiseinrichtung eine Frequenz und insbesondere eine Resonanzfrequenz im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz auf.The resonant circuit device advantageously has a frequency and in particular a resonance frequency in the range from 100 kHz to 1 MHz.
Im Gegensatz dazu ist es vorgesehen, dass die Ladungspumpe und insbesondere die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle eine sehr viel höheren Betriebsfrequenz aufweist, insbesondere im Bereich von 20 MHz bis etwa 100 MHz.In contrast, it is intended that the charge pump and in particular the alternating current source or AC voltage source has a much higher operating frequency, especially in the range from 20 MHz to about 100 MHz.
Aufgrund der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ladungspumpe und insbesondere die Ansteuerung für die Schwingkreiseinrichtung monolithisch aufgebaut sind, insbesondere auf oder in einem gemeinsamen Chip oder Halbleitermodul.Because of the configurations described above the auxiliary power supply device according to the invention it is particularly advantageous if the charge pump and in particular the control for the resonant circuit device are constructed monolithically, in particular on or in a common chip or semiconductor module.
Dabei kann es zum einen vorgesehen sein, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle, die Ansteueranordnung und die der Schwingkreiseinrichtung nachgeschaltete Gleichrichteranordnung monolithisch auf einem gemeinsamen Chip integriert ausgebildet sind.On the one hand, it can be provided be that the AC power source or AC power source that Control arrangement and that downstream of the resonant circuit device Rectifier arrangement monolithically integrated on a common chip are trained.
Ferner kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle, die Ansteueranordnung und die der Schwingkreiseinrichtung nachgeschaltete Gleichrichteranordnung in einem gemeinsamen Halbleitermodul mit dem Schalter integriert ausgebildet sind.It can also go beyond be provided that the alternating current source or alternating voltage source, the control arrangement and the rectifier arrangement connected downstream of the resonant circuit device integrated with the switch in a common semiconductor module are trained.
Ferner ist es denkbar, dass die Wechselspannungsquelle, die Trenn/Kopplungseinrichtung und die Gleichrichtereinrichtung der Ladungspumpe monolithisch auf zwei Chips in einem gemeinsamen Halbleitermodul aufgebaut sind.It is also conceivable that the AC voltage source, the separation / coupling device and the rectifier device the charge pump monolithically on two chips in a common semiconductor module are built up.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Trenn/Kopplungseinrichtung und der Signalübertrager gemeinsam auf einem Chip integriert ausgebildet sind.In addition, it is conceivable that the disconnect / coupler and the signal transmitter are integrated together on a chip.
Ferner ist es von besonderem Vorteil, wenn die Spannungsversorgung der Ladungspumpe und insbesondere der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle für je zwei Phasen gleichstrommäßig in Reihe geschaltet realisiert ist.It is also of particular advantage if the voltage supply of the charge pump and in particular the Alternating voltage source or alternating current source for two phases in direct current in series switched is realized.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand
weiterer Erläuterungen
näher charakterisiert:
Bei
vielen Geräten
gibt es neben dem normalen Betrieb auch einen Bereitschaftsmodus
oder Standbybetrieb, in dem nur Teilfunktionen der Geräte weiter betrieben
werden. Die Teilfunktionen dienen oft nur dazu, auf ein Signal zum
Einschalten in den Normalbetrieb zu warten. Der Leistungsbedarf
der Standbyschaltung ist demnach sehr gering. Andererseits soll die
Leistungsaufnahme aus dem Netz im Standbybetrieb ebenfalls gering
sein. Beispiele für
derarteige Geräte
sind Fernsehgeräte,
PCs, Drucker, Faxgeräte oder
dergleichen.The invention is characterized in more detail below on the basis of further explanations:
Many devices have the normal Be also operated a standby mode or standby mode, in which only partial functions of the devices continue to be operated. The sub-functions are often only used to wait for a signal to switch on in normal operation. The power requirement of the standby circuit is therefore very low. On the other hand, the power consumption from the network in standby mode should also be low. Examples of such devices are television sets, PCs, printers, fax machines or the like.
Alle Consumergeräte stehen unter einem hohen Kostendruck. Gerade Hilfsstromversorgungen sind im Vergleich zu ihrer Funktion relativ komplex. Deshalb wird häufig über Kostensenkungspotentiale nachgedacht. Der Wunschtraum vieler Geräteentwickler wäre die monolithisch integrierte Hilfsstromversorgung.All consumer devices are under a high Cost pressures. Auxiliary power supplies in particular are compared to their function relatively complex. For this reason, potential for reducing costs is often considered. The dream of many device developers would be that monolithically integrated auxiliary power supply.
Das größte Hindernis ist dabei die geforderte Netztrennung, d.h. es darf keine galvanische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite geben. Die Isolation zwischen Primär- und Sekundärseite muss 5kV bei schutzisolierten Geräten und 1kV bei Geräten mit Schutzerdung sicher aushalten.The biggest obstacle is that required network separation, i.e. there must be no galvanic connection between primary and secondary side. The Isolation between primary and secondary side must 5kV for insulated devices and 1kV for devices withstand protective earth safely.
Praktisch alle Hilfsstromversorgungen arbeiten heute nach dem Sperrwandlerprinzip. Ein 600V bis 800V sperrender MOSFET taktet eine Primärwicklung eines Transformators. Eine erste Sekundärwicklung dient der Versorgung der Steuerschaltung und der Regelung, eine zweite Sekundärwicklung der Versorgung der Last. Optional kann die Regelung auch mit Hilfe eines Optokopplers erfolgen.Practically all auxiliary power supplies work today on the flyback principle. A 600V to 800V blocking MOSFET clocks a primary winding of a transformer. A first secondary winding is used for the supply the control circuit and the regulation, a second secondary winding the supply of the load. Optionally, the regulation can also be done with the help an optocoupler.
Auf der Halbleiterseite gab es in den letzten Jahren erhebliche Kosteneinsparungen durch Steuerschaltungen mit weniger Anschlüssen und weniger Außenbeschaltung und durch monolithische oder Multichip-Integration von Steuerschaltung und MOSFET. Die Komplexität des Transformators wurde in der gleichen Zeit nur geringfügig verringert, weshalb er heute einen wesentlichen Teil der Gesamtkosten ausmacht.On the semiconductor side there was in considerable cost savings through control circuits in recent years with fewer connections and less external wiring and by monolithic or multichip integration of control circuitry and MOSFET. The complexity of the transformer was only slightly reduced in the same time, which is why it makes up a significant part of the total costs today.
Es gibt zwei Denkansätze für Hilfsstromversorgungen
ohne Transformatoren:
Zum Einen wird vorgeschlagen, den Stromfluss über Y-Kondensatoren einer
Anordnung zur Funkentstörung
gleichzurichten und für
eine Hilfsstromversorgung zu verwenden. Nachteilig ist dabei, dass
jedes Element, das zu den Y-Kondensatoren
in Serie geschaltet ist, die beabsichtigte Funkentstörung vermindert.
Weiterhin ist die maximal zulässige
Gesamtkapazität
durch Sicherheitsvorschriften begrenzt, und damit der verfügbare Strom.There are two approaches to auxiliary power supplies without transformers:
On the one hand, it is proposed to rectify the current flow via Y capacitors to an arrangement for radio interference suppression and to use them for an auxiliary power supply. The disadvantage here is that each element that is connected in series with the Y capacitors reduces the intended radio interference suppression. Furthermore, the maximum permissible total capacity is limited by safety regulations, and thus the available electricity.
Zum Zweiten gibt es Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet piezoelektrischer Transformatoren. Sie sind derzeit jedoch noch wesentlich teurer als magnetische Transformatoren.Second, there are research activities on the field of piezoelectric transformers. However, you are currently even more expensive than magnetic transformers.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Hilfsstromversorgung vor, die sich ohne Verwendung eines Transformators aus Halbleiterbauelementen und wenigen passiven Komponenten aufbauen lässt. Ein Teil der passiven Bauelemente lässt sich durch Multichiptechnologie integrieren. Eine erfindungsgemäß aufgebaute Hilfsstromversorgung ist danach aus einem IC und wenigen passiven Bauelementen aufbaubar.The present invention provides an auxiliary power supply that can be used without using a transformer from semiconductor components and a few passive components leaves. Some of the passive components can be created using multichip technology integrate. A constructed according to the invention Auxiliary power supply is then from an IC and a few passive Buildable components.
Erfindungsgemäß erfolgt die Energieübertragung bei gleichzeitiger Netztrennung mit Hilfe einer paarweise komplementären mehrphasigen Ladungspumpe (2×N-Phasig). Die Ladungspumpe arbeitet mit einer sehr hohen Frequenz, vorzugsweise im Bereich 20MHz bis 100MHz. Dadurch können Kondensatoren mit kleiner Kapazität verwendet werden und man gerät nicht in Konflikt mit Sicherheitsvorschriften, die die gesamte Kapazität der Kondensatoren zwischen Primär- und Sekundärseite einschließlich Y-Kondensatoren begrenzen.According to the invention, the energy transfer takes place with simultaneous network separation using a pair-wise complementary multi-phase Charge pump (2 × N-phase). The charge pump operates at a very high frequency, preferably in the range of 20MHz to 100MHz. This allows capacitors with smaller capacity be used and one gets does not conflict with safety regulations that affect the total capacitance between the capacitors Primary- and secondary side including Y capacitors limit.
Wenn jeweils zwei Zweige der Ladungspumpe ideal gegenphasig zueinander sind, heben sich Gleichtaktstörungen gegenseitig auf.If two branches of the charge pump are ideally in phase opposition to one another, common mode disturbances are mutually exclusive on.
Neben der Netztrennung ist für die meisten Anwendungen auch eine Spannungstransformation erforderlich. Im einfachsten Fall könnte die Ausgangsspannung durch einen Linearregler vermindert werden, der Wirkungsgrad wäre jedoch nicht akzeptabel. Bekannte Schaltregleranordnungen benötigen entweder mehr als ein induktives Bauteil, oder die Spannungsdifferenz zwischen Schalter-Ansteuerung und Ausgang liegt in der Größenordnung der Eingangsspannung und erfordert deshalb eine teure Hochvolttechnologie. Deshalb wird hier eine Anordnung für einen Resonanzwandler vorgeschlagen, der nur ein induktives Bauteil benötigt und bei dem nur eine geringe Spannungsdifferenz zwischen Schalteransteuerung und Ausgang auftritt. Die Spannungstransformation erfolgt durch parallele Einspeisung in den Schwingkreis und serielle Auskoppelung.In addition to disconnection is for most applications a voltage transformation is also required. In the simplest case could the output voltage can be reduced by a linear regulator, the efficiency would be however not acceptable. Known switching regulator arrangements require either more than an inductive component, or the voltage difference between Switch control and output are in the order of magnitude of the input voltage and therefore requires expensive high-voltage technology. That is why here is an arrangement for proposed a resonance converter that is only an inductive component needed and where there is only a slight voltage difference between the switch control and exit occurs. The voltage transformation takes place through parallel feed into the resonant circuit and serial decoupling.
Eine einfache Spule mit nur einer Wicklung ist ein Standard-Bauteil und kostet nur einen Bruchteil dessen, was ein Transformator mit zwei Sekundärwicklungen und Netztrennung kostet.A simple spool with only one Winding is a standard component and costs only a fraction of what a transformer with two secondary windings and grid separation costs.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained below a schematic drawing based on preferred embodiments explained in more detail.
Nachfolgend werden gleiche oder gleich wirkende Strukturen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ohne dass bei jedem Auftreten eine detaillierte Beschreibung wiederholt wird.Below will be the same or the same structures with the same reference numerals, without that a detailed description is repeated with each occurrence becomes.
In
Vorzugsweise ist eine Regelanordnung
Die Ansteuereinrichtung a generiert
aus der Regelabweichung ein Steuersignal Vctrl, das dem Schalter
S zugeführt
wird. Während
die Ausschaltdauer, welche vorzugsweise der Periodendauer der Resonanz
des Serienschwingkreises
Die Netzeingangsspannung wird mit
einem Gleichrichter G1 gleichgerichtet und mit einem Kondensator
C2 geglättet.
An die gleichgerichtete Netzspannung angeschlossen ist der Schwingkreis
An den Gleichrichter G2 angeschlossen
ist ein Glättungskondensator
C3 und als Last eine Oszillatorschaltung
Bei geringerer Netzspannung würde sich die Schwingungsamplitude und damit der an die Last abgegebene Strom vermindern. Zum Ausgleich kann der Schalter S längere Zeit geschlossen bleiben. Damit erhöht sich die Schwingungsamplitude wieder, zusätzlich trägt der Schalterstrom zum Stromfluss über die Last bei, da er ebenfalls über den Gleichrichter G2 geleitet wird.With a lower mains voltage the vibration amplitude and thus the current delivered to the load Reduce. To compensate, switch S can remain closed for a long time. So that increases the oscillation amplitude again, in addition the switch current contributes to the current flow across the load at, since he is also over the rectifier G2 is directed.
Der Oszillator
Die Kondensatoren
Die
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Dioden
des Gleichrichters G3 auf einem Chip monolithisch zusammengefasst,
und die Koppelkondensatoren
Vorzugweise wird der Signalübertrager Ü auf dem
gleichen Chip wie die Kondensatoren
- 1010
- HilfsstromversorgungseinrichtungAuxiliary power supply means
- 2020
- Gleichspannungswandlereinrichtung, DC-DC-DC converter device, DC-DC
- Wandlereinrichtungtransducer means
- 2121
- Schwingkreiseinrichtung, Schwingkreis, lineResonant circuit means, Resonant circuit, line
- arer Schwingkreisarer resonant circuit
- 2222
- GleichrichtereinrichtungRectifier means
- 2323
- Glättungseinrichtungsmoother
- 3030
- Ladungspumpeneinrichtung, LadungspumpeCharge pump means, charge pump
- 3131
- Wechselstromquelle, WechselspannungsquelleAC power source, AC voltage source
- 31-131-1
- Ausgangsanschlussoutput port
- 31-231-2
- Ausgangsanschlussoutput port
- 31-331-3
- Ausgangsanschlussoutput port
- 31-431-4
- Ausgangsanschlussoutput port
- 31a31a
- Eingangsanschlussinput port
- 31b31b
- Eingangsanschlussinput port
- 3232
- Trenn/KopplungseinrichtungSeparation / coupling device
- 32-132-1
- Koppelkondensatorcoupling capacitor
- 32-232-2
- Koppelkondensatorcoupling capacitor
- 32-332-3
- Koppelkondensatorcoupling capacitor
- 32-432-4
- Koppelkondensatorcoupling capacitor
- 3333
- Gleichrichtereinrichtung, GleichrichterRectifying means, rectifier
- 33-133-1
- Gleichrichterrectifier
- 33-233-2
- Gleichrichterrectifier
- 33-333-3
- Gleichrichterrectifier
- 33-433-4
- Gleichrichterrectifier
- 3434
- Glättungseinrichtungsmoother
- 4040
- Glättungs/GleichrichtereinrichtungSmoothing / rectifying means
- 6060
- Regel- und AnsteueranordnungRule- and control arrangement
- AA
- AusgangsanschlussbereichOutput terminal area
- aa
- Ansteuerungcontrol
- C1C1
- Kondensator Schwingkreiscapacitor resonant circuit
- C2C2
- KondensatorglättungseinrichtungCapacitor smoothing means
- C3C3
- KondensatorglättungseinrichtungCapacitor smoothing means
- C4C4
- KondensatorglättungseinrichtungCapacitor smoothing means
- C3-1C3-1
- erster Anschlussfirst connection
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- zweiter Anschlusssecond connection
- C4-1C4-1
- erster Anschlussfirst connection
- C4-2C4-2
- zweiter Anschlusssecond connection
- DD
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- D1D1
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- Diodediode
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- Diodediode
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- Phasephase
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- Phasephase
- SS
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Claims (26)
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