DE2756289A1

DE2756289A1 - Stromversorgungsschaltung mit einem dc/ac-umsetzer

Info

Publication number: DE2756289A1
Application number: DE19772756289
Authority: DE
Inventors: Katsuji Matsuura; Yoshinori Onoue; Shigenori Takahashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2374684B1; JPS5376348A; DE2756289C2; GB1593400A; NL7714080A; CA1114449A; AU518533B2; AU3150477A; US4163278A; FR2374684A1

Description

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BESCHREIBUNG

Gegenstand der Erfindung ist eine Stromversorgungsschaltung mit einem Umsetzer zur Umsetzung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung oder in eine bestimmte Wechselspannung. Zur Definition der Gattung soleher Stromversorgungsschaltungen wird auf den Oberbegriff der Patentansprüche verwiesen.

Es sind Stromversorgungsschaltungen der eingangs genannten Art bekannt, mit denen sich aus sehr unterschiedliehen Eingangsgleichspannungen von beispielsweise 12 und 24 Volt eine konstante Ausgangsgleichspannung herstellen läßt. Bei diesen meist geregelten Schaltungen gelangt die Gleichspannung über eine Eingangsklemme auf eine Umschalter-Baugruppe, die ausgangsseitig eine Ausgangsspannung abgibt, die in einer Prüf- oder Abfrageschaltung gegen eine Bezugsspannung verglichen wird. Das Vergleichsresultat wird beispielsweise einem Schaltkreis zur Puls-Breiten-Modulation (im folgenden PBM) zugeführt. Das Ausgangssignal, dessen Impulsbreite vom durch die PBM-Schaltung bestimmten Vergleichsresultat abhängt, wird der Umschalter-Baugruppe zugeführt. Das Einschaltintervall des EIN/AUS-Betriebs der Umschalterbaugruppe wird durch das Ausgangssignal der PBM-Schaltung gesteuert. Damit läßt sich die Ausgangsspannung auf einem vorwählbaren Pegel festhalten.

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Wird an der Eingangsklemme der Umschalter-Baugruppe eine niedrigere Gleichspannung zugeführt, so wird der EIN-Zustand längere Zeit aufrechterhalten, um wiederum eine Ausgangsspannung mit festgelegtem Pegelwert zu erzielen. Dabei jedoch fließen höhere Ströme über die Umschalterelemente, d.h., diese müssen eine größere Schaltleistung aushalten. Aus diesem Grund werden spezielle, relativ teure Umschalterelemente benötigt. Außerdem ergibt sich durch die Prüfschaltung und die PBM-Schaltung ein vergleichsweise komplizierter Schaltungsaufbau.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung mit Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer zu schaffen, die einfach aufgebaut und in der Lage ist, unterschiedliche Eingangs- und/oder Ausgangsspannungen zu verarbeiten, und die ohne komplizierte Schaltungsteile für Puls-Breiten-Modulation usw. auskommt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe gibt der Patentanspruch 1 in kurzer Zusammenfassung wieder. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt sowie in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Stromversorgungsschaltung einen Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer mit einem Saug- oder Hilfstransformator, der an einer Zwischenstelle seiner Wicklung angezapft ist, an der eine Eingangs-Gleichspannung zuführbar ist. Die Umsetzerschaltung wird durch eine Regelschaltung überwacht, die alternativ zwei unterschiedliche Betriebsbedingungen oder Betriebszustände einstellt, nämlich einen ersten Betriebszustand, bei der die DC/AC-Umsetzung

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wirksam ist und einen zweiten Betriebszustand, bei dem die Eingangs-Gleichspannung direkt über den Hilfstransformator ohne Umsetzung auf eine Ausgangsklemnte gelangt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der

Erfindung und
Fig. 2A bis 2E in zeitkorrelierter Darstellung die Signalverläufe an einzelnen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 zur Erläuterung der Betriebsweise.

Der Schaltung nach Fig. 1 können an einer Eingangsklemme 1 unterschiedliche Gleichspannungen von beispielsweise 12V oder 24V zugeführt werden. Diese Eingangsspannung gelangt auf eine Treiber- oder Ansteuerschaltung 8 und eine Regelschaltung 11. Die Ansteuerschaltung 8 beaufschlagt einen weiter unten näher erläuterten umsetzer 9; sie besteht im wesentlichen aus einem Oszillator 13, Transistoren 21 und 23, einem Kondensator 14, Widerständen 17, 18 und 19 sowie einem Transformator 26. Wird diese Stromversorgungsschaltung beispielsweise in einem Fernsehempfänger benutzt, so braucht kein spezieller Oszillator 13 vorhanden zu sein, vielmehr kann der Horizontalsynchron-Signalgenerator od.dgl. verwendet werden, der im Fernsehempfänger ohnehin vorhanden ist.

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Das Ausgangssignal des Oszillators 13 gelangt über einen Pufferverstärker , bestehend aus dem Kondensator 14, den Widerständen 17, 18 und 19 und dem Transistor 21 auf einen nachgeschalteten Transistor 23, der das Signal verstärkt und dann über den Transformator 26 auf die Basis eines Transistors 24 weitergibt.

Die auch die Regelschaltung 11 beaufschlagende Eingangs-Gleichspannung gelangt über einen Widerstand 20 und eine Zener-Diode 29 auf die Basis eines Transistors 22. Der Widerstand 20 dient zur Begrenzung des durch die Zener-Diode fließenden Stroms. Der Emitter des Transistors 22 liegt auf Masse, während sein Kollektor mit der Basis des Transistors 2 3 der Ansteuerschaltung 8 verbunden ist.

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Die Regelschaltung 11 überprüft, ob die zugeführte Eingangs-Gleichspannung 12V oder 24 V beträgt, um die Ansteuerschaltung 8 entsprechend einzustellen. Die Zener-Spannung V der Zener-Diode 29 wird zu 12 V<V_Z<24 V beispielsweise zu 18 V gewählt. Beträgt also die Eingangsspannung beispielsweise 12V, so wird der Transistor 22 in den AUS-Zustand geschaltet. Liegt dagegen eine Eingangsspannung von 24 V an, so wird der Transistor in den leitenden Zustand, also EIN-geschaltet. Die Ansteuerschaltung 8 wird also entsprechend der Eingangsspannung automatisch überwacht. Ist eine automatische überwachung der Ansteuerschaltung 8 nicht erwünscht oder nicht erforderlich, so kann für die Regelschaltung 11 ein manuell betätigbarer Umschalter vorgesehen sein.

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Die Inverterschaltung 9 gehört zum sogenannten "getrennt erregbaren" Typ und wird durch die Ansteuerschaltung 8 angesteuert. Diese Inverterschaltung umfaßt einen

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Transistor 24, einen Kondensator 15 und einen Transformator 27, der als Spartransformator mit einem Mittenanzapf M ausgeführt sein kann. Die Eingangs-Gleichspannung wird am Anzapf M des Transformators 27 zugeführt. Eine untere Klemme B des Transformators 27 ist mit dem Kollektor des Transistors 24 und eine obere Klemme C mit der Anode einer Diode 28 verbunden, die Teil einer Gleichrichterschaltung ist.

Die Gleichrichterschaltung 10 umfaßt die gleichrichtende Diode 28 und einen zur Glättung bestimmten Kondensator 16. Die Kathode der Diode 28 ist mit einer Ausgangsklemme verbunden, die zugleich die Ausgangsklemme der gesamten Schaltung ist. Selbstverständlich kann die Ausgangsspannung je nach Anwendungszweck auch zuvor stabilisiert werden.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 2 erläutert:

Beträgt die an der Eingangsklemme 1 zugeführte Gleichspannung 12 Volt, so ist der Transistor 22 gesperrt. Am Punkt A tritt damit das in Fig. 2A veranschaulichte Ausgangssignal a des Oszillators 13 auf. Der Transistor 23 schaltet in Abhängigkeit vom Momentanpegel des Signals a ein und aus. Das Ausgangssignal des Transistors 23 gelangt über den Transformator 26 auf die Basis des Transistors 24, der damit ebenfalls ein- und ausschaltet. Die Transistoren 23 und 24 sind miteinander über den Transformator so verkoppelt, daß der Transistor 24 in den AUS-Zustand schaltet, wenn der Transistor 24 EIN-schaltet; umgekehrt wird der Transistor 24 in den EIN-Zustand geschaltet, wenn der

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Transistor 23 sperrt. Entsprechend dem EIN-AUS-Betrieb des Transistors 24 wird der Transformator 27 von einem periodischen Strom durchflossen.

Schaltet der Transistor 24 in den leitenden Zustand, so fließt ein in Fig. 2D dargestellter Strom i durch den Transformator 27; dieser Strom weist im wesentlichen dreieckförmigen Verlauf auf; der Stromverlauf hängt ersichtlicherweise von der Induktivität des Transformators 27 ab. Während dieser Zeit liegt an der Klemme B des Transformators 27 im wesentlichen Massepotential, wie die Fig. 2B erkennen läßt.

Wird der Transistor 24 gesperrt, so steigt das Potential am Anschluß B aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft an, wodurch der Kondensator 15 aufgeladen wird; das Potential sinkt mit abnehmender elektromotorischer Gegenkraft wieder ab, d.h. der Kondensator 15 entlädt sich. In diesem Zeitabschnitt tritt also an der Klemme B die ebenfalls in Fig. 2B angegebene etwa sinusförmige Spannung b auf. Die Periode T- der sinusförmigen Spannung b ist bestimmt durch die Induktivität des Transformators 27 und den Kapazitätswert des Kondensators 15. Die Periode T2 wird kürzer gewählt als die Impulsbreite T- des Ausgangssignals a des Oszillators 13 (vgl. Fig. 2A).

Am Ausgang C des Transformators 27 tritt die in Fig. 2C veranschaulichte Ausgangssparmung c auf. Der Signalverlauf der Ausgangsspannung c ist zum Verlauf der Spannung an der Klemme B des Transformators 27 invers.

Das Windungszahlenverhältnis des Wicklungsabschnitts zwischen der Klemme B und dem Anzapf M zum Wicklungsabschnitt

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zwischen dem Anzapf M und der Klemme C wird so gewählt, daß der Mittelwert der Ausgangswechselspannung c 12 Volt beträgt und der flache Abschnitt der Ausgangsspannung c auf einem Pegel von etwa 24 Volt liegt.
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Ein in Fig. 2E dargestellter Ausgangsstrom ij fließt in die Gleichrichterschaltung 10 entsprechend der an der Klemme C auftretenden Spannung, die damit geglättet wird. Tatsächlich wird der flache Abschnitt der Ausgangsspannung c gem. Fig. 2C so eingestellt, daß der Pegel etwas über 24 Volt unter Berücksichtigung der sinusförmigen Abschnitte liegt. Damit läßt sich an der Ausgangsklemme 3 eine Gleichspannung von etwa 24 Volt abgreifen.

Beträgt die Eingangs-Gleichspannung an der Eingangsklemme 1 dagegen 24 Volt, so wird der Transistor 22 eingeschaltet. Damit wird die Basis des Transistors 23 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 22 auf Massepotential gelegt. Der Transistor 23 bleibt damit gesperrt, unabhängig vom Ausgangssignal des Oszillators 13. Der Transformator 26 wird jetzt also von keinem periodisch wechselnden Strom durchflossen. Auch der Transistor 24 wird damit im Sperrzustand gehalten. Dies hat zur Folge, daß auch der Transistor 27 von keiner Stromänderung betroffen wird. Die dem Zwischenanzapf M zugeführte Eingangs-Gleichspannung gelangt damit unverändert über den Wicklungsabschnitt zwischen dem Anzapf M und der Klemme C auf die Anode der Diode 28.

Bei der soweit beschriebenen Ausführungsform ist also die Umsetzerschaltung bei einer Eingangsspannung von 12 Volt wirksam, die auf 24 Volt Gleichspannung umgesetzt wird. Beträgt die Eingangsspannung dagegen 24 Volt, so ist die Um-

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setzerschaltung nicht wirksam, vielmehr wird die Eingangsspannung von 24 Volt unmittelbar an den Ausgang weitergegeben. Es läßt sich also mit einer vergleichsweise einfachen Schaltung eine konstante Ausgangsspannung aus mehreren unterschiedlichen Eingangs-Gleichspannungen gewinnen.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind dem Fachmann mehrere Abwandlungen möglich. So lassen sich beispielsweise durch eine einfache Abwandlung zwei unterschiedliche Ausgangsspannungen aus einer Eingangsspannung erzeugen. In diesem Fall wird der Eingangsklemme beispielsweise eine Eingangs-Gleichspannung von 12 Volt zugeführt und am Ausgang ist eine Spannung von entweder 24 Volt oder 12 Volt abgreifbar durch gesteuerte Überwachung der Inverter- oder Umsetzerschaltung. Bei der oben unter Bezug auf die Fig. beschriebenen Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung zur getrennten Erregung der Inverterschaltung ausgelegt. Die Inverterschaltung kann jedoch auch selbsterregend sein.

In diesem Fall wird der Oszillatorbetrieb der Inverterschaltung extern so überwacht, daß der Umsetzer je nach Eingangs- bzw. Ausgangs-Spannung wirksam oder nicht wirksam ist. In diesem Fall kann die Ansteuerschaltung entfallen .

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Claims

F¹ATCN !ANWÄLTE

TER MEER - MÜLLER -

DOOOO München 22 D-48OO Bielefeld

TriftsLraße 4 Siekerwall 7

S77P143 16. Dezember 1977

Mü/vL

SONY CORPORATION

7-35, Kitashinagawa 6-chome,

Shinagawa-ku, Tokyo, Japan

Stromversorgungsschaltung mit einem DC/AC-Umsetzer

Priorität: 17. Dezember 1976, Japan, Ser.Nr. 152725/1976

PATENTANSPRÜCHE

( 1. ) Stromversorgungsschaltung mit einem Gleichstrom/Wechselsirom-Umsetzer, der einen Hilfstransformator enthält, dem eine Eingangsgleichspannung an einem Zwischenanzapf zuführbar ist, gekennzeichnet durch eine Regelschaltung (11) zur Betriebsüberwachung des Umsetzers (9), durch die zwei alternative Betriebsbedingungen einstellbar sind: Eine erste Betrj cbsbofiingurig, bei der der Umsetzer wirksam ist und eine zweite; ßotriobsbedingung, bei der die Eingangsgleichspannung ohne Umsetzung direkt über den Hilfstransformator (27) an ο ine Au.sgori'jsklommc (3) gelangt.

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2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (11) ein die Eingangsgleichspannung prüfendes Pegelabtastelcment (20, 29) und ein Schalterelement (22) enthält, das in Abhängigkeit vom Ausgang des Pegelabtastelements aus- und einschaltet, und daß die beiden Betriebsbedingungen alternativ entsprechend den EIN/AUS-Schaltzuständen des Schalterelements (22) eingestellt sind.
3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pegelabtastelement eine Zener-Diode (29) enthält.
4. Stromversorgungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ansteuerschaltung (8) mit einem Oszillator (13) zur Ansteuerung des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers, der ein zweites in der ersten Betriebsbedingung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Oszillators ein- und ausschaltendes Schalterelement (24) enthält.
5. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (8) ein in der ersten Betriebsbedingung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal dos Oszillators (13) ein- und ausschaltendes drittes Schalterelement (23) enthält, welches den EIN/AUS-Betrieb dos zweiten Sehalterelemonts (24) im Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer steuert, und daß die erste Betriebsbedingung, in der das dritte Schalterelement (23) ein- und ausschaltet bzw. die /weite Be tricbr.bod ingung, in der das dritte Schalteroleiuent nicht ein- und ausschaltet, über die Regelschaltung (11) alternativ wählbar ist.
6. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (11) ein den Pegel der Eingangsgleichspannung prüfendes Pegelabtastelement (20, 29) sowie ein in Abhängigkeit vom Ausgang des Pegelabtastelements ein- bzw. ausschaltbares erstes Schalterelement (22) aufweist, und daß die erste Betriebsbedingung, in der das dritte Schalterelement (23) ein- bzw. ausschaltet und die zweite Betriebsbedingung, in der das dritte Schalterelement nicht umschaltet, alternativ in Abhängigkeit vom EIN- bzw. AUS-Zustand des ersten Schalterelements (22) eingestellt sind.
7. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des dritten Schalterelements (23) über einen Transformator (26) auf die Eingangsklemme des zweiten Schalterelements (24) des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers geschaltet ist.
8. Stromversorgungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer (9) ein in Serie zu dem Hilfstransformator liegendes Schalterelement (24) und einen parallel zu dem Schalterelement liegenden Kondensator (15) enthält, und daß die erste Betriebsbedingung, in der das Schalterelement ein- und ausschaltet bzw. die zweite Betriebsbedingung, in der dieses Schalterelement nicht ein- und ausschaltet, über die Regelschaltung (11) alternativ wählbar sind.
9. Stromversorgungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers verbundenen Gleichrichter (10), der eine Diode (28) und einenam Ausgang der Diode angeschlossenen Glättungskondensator (16) aufweist.

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