DE2819225A1

DE2819225A1 - Spannungswandler

Info

Publication number: DE2819225A1
Application number: DE19782819225
Authority: DE
Inventors: Bernd Ing Grad Stuedemann
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1978-05-02
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1979-11-08
Also published as: DE2819225C2

Description

bie vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungswandler nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Spannungswandler dieser Art dienen der Stromversorgung von elektronischen Geräten vielfãltiger Art aus beliebigen Betríebsspa,snungsquellen. Sie werden häufig als Netzteile bei Fernsehgeräten neuerer Bauart eingesetzt und ermöglichen es, einen nach einer verbreiteten Auffassung zur Netztrennung erforderlichen aufwendigen Trenntransformator zu ersetzen.
Derartige Spannungswandler weisen jedoch einige Nachteile aui. So treten im Treibertransistor sowie im Endstufentransistor unerwünschte Verlustleistungen auf. Darüber hinaus erfordern sie einen zwischen den Treibertransistor und dem Endstufentransistor geschalteten Treibertransformator.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Spannungswandler der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei dessen Betrieb nur vernachlässigbar geringe Verlustleistungen auftreten, bei dem auf einen Treibertransformator verzichtet werden kann und bei dem die von Spannungswandlern überlicherweise herrührenden Störungen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Treibertransistor von der Steuerstufe durch mit der Betriebstrequenz des Spannungswandlers auttretende und aus Einzeiimpulsgruppen bestehende Impulspakete geschaltet ist und die Frequenz der Einzelimpulse der Impulspakete über der Betriebs frequenz des Spannungswandlers liegt.
Eine vorteilhafte, einen geregelt aufgebauten Spannungswandler darstellende, Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die den Treibertransistor schaltenden und mit der Betriebs frequenz des Spannungswandlers am Ausgang der Steuerstufe auftretenden Impulspakete zur Erzielung vorbestimmter elektrischer Ausgangsgrößen, beispielsweise der Ausgangsspannung, der Ausgangsströme und der Ausgangsleistung, des Spannungswandlers in ihrer Länge veränderbar sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, durch welche die in dem Endstufentransistor auftretenden Verlustleistungen in wesentlichem Maße vermindert werden, besteht darin, daß die mit der über der Betriebfrequenz des Spannungswandler 1 Ausgang der Steuerstufe auftretenden und den Treibertransistor schaltenden Einzelimpulse der mit der Betriebfrequenz des Spannungswandlers auttretenden Impulspakete zur Erzielung eines vorbestimmten Übersteuerungsfaktors des Endstufentransistors in ihrer Impulsbreite veränderbar sind Dazu werden die Einzelimpulse gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung in Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter-Spannung des Endstufentransistors in ihrer Impulsbreite verändert, wobei diese jVeränderung so erfolgt, daß diese Kollektor-Emitter-Spannung einen vorgegebenen Sättigungswert nicht unterschreitet und bei Abweichungen der Kollektor-Emitter-Spannung unter diesen Sättigungswert die Impulsbreite der Einzelimpulse zum Ausgleich dieser Abweichungen verringer wird.
gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die einen einfachen Aufbau eines Spannungswandlers darstellt, werden die den Treibertransistor schaltenden Impulspakete mit einem UND-Glied gewonnen, dem über einen ersten Eingang die in ihrer Impulsbreite in Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter-Spannung des Endstufentransistors durch eine Impulsformerstufe veränderbaren Ausgangs impulse eines mit über der Betriebsfrequenz des Spannungswandlers liegender Frequenz arbeitenden Taktimpulsgenerators als Einzelimpulse der dem UND-Glied entnehmbaren ;Impulspakete zugeführt sind und dem über einen zweiten Eingang die zur erzielung vorbestimmter elektrischer Ausgangsgrößen des Spannungswandlers in der Länge veränderbaren Ausgangsimpulse eines mit den Bettriebs-;frequenz des Spannungswandlers arbeitenden Schaltimpulsgenerators zuge-1führt sind, wobei an den Eingängen des UND-Glieds im wesentlichen rechteckförmige Impulse anstehen.
Von einem Spannungswandler eusgehende Störungen, wie sie beispielsweise in einem Fernsehempfangsgerät als Bildstörungen auftreten können, werden gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung dadurch verimiden, daß die Frequenz des Taktimpulsgenerators ein ganzzahliges vielfaches der Betriebsfrequenz beträgt, wobei der Taktimpulsgenerator und der Schaltimpulsgenerator phasenstarr miteinander verkoppelt seil. sollten und der Schaltimpulsgenerator mit den Zeilensynchronimpulsen eines Fernsehsignals synchronisiert wird.
rln Schalten des tudstutentransistors innerhalb der Impulspakete wird dadurch vermieden, daß der Emitter des Treibertransistors über eine Induktivität mit der Basis des Endstufentransistors elektrisch leitend verbunden ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen insbesondere darin, daß uuX den Betrieb dës Tieibertransistors als Schalter im Treibertransistor nur noch die als unvermeidbar erreichbaren minimalen Verlustleistungen auftreten und der Treibertransistor gemeinsam mit der Steuerst:fe somit in integrierter Schaltungstechnik aufgebaut werden können.
Durch die erfindungsgemäße Regelung des Basisstroms des Endstufentransistors läßt sich dieser mit vorbestimmten Übersteuerungsfaktor schalten und somit ebenfalls mit der als günstigst erreichbaren Verlustleistung betreiben. Somit lassen sich mit erfindungsgemäßen Spannungswandlern maximal erreichbare Wirkungsgrade erzielen.
Die trtlndung wird nachfolgend an einer Figur, in der ein erfindungsgemäßer Spannungswandler in seinem prinzipiellen Aufbau dargestellt ist, näher erläutert.
Dabei zeigt 1 die Steuerstufe. an deren Ausgang 2 mit der RetriPhsfrequenz des Spannungswandlers auftretende Impulspakte anstehen, die den Treibertransistor T1, der über den Anschlußpunkt 10 mit seiner :Betriebsspannung versorgt wird, durchschalten. Dabei liegt die Frequenz der Einzelimpulse der Impulspakete in erfindungsgemäßer Weise über der Betriebsfrequenz des Spannungswandlers.
Die den Treibertransistor T1 schaltenden Einzelimpulse der Impulspakete führen am Emitter des Treibertransistors T1 zu Spannungsimpulsen, die uurcn die Induktivitat L aen nanezu konstanten Basisstrom des Endstufentransistors T2 treiben. Dabei nimmt der durch die Induktivität L getriebene Basisstrom des Endstufentransistors T2 mit der Breite der den Treibertransistor T1 schaltenden Einzelimpulse zu.
durch die Induktivität L getriebene Basisstrom schaltet den Endstufentransistor T2 während der Gesamtdauer der Impulspakete durch, so daß vom Anschlußpunkt 11 der Betriebsspannungsquelle des Endstufentransistors T2 durch die Primärwicklung W1 des Übertragers 9 und über die Kollektor-Emitter-Strecke des Endstufentransistors T2 ein Strom fließt. Dabei tritt am Kollektor des Endstufentransistors gegenüber Massepotential eine Spannung auf, die dem Übersteuerungsfaktor des Endstufentransistors T2 während der durchgeschalteten Betriebsphase dieses Transistors entspricht. Diese Spannung wird iiber die Verbindung 12 in die Steuerstufe 1 geführt.
Ubersteigt der Übersteuerungsfaktor des Endstufentransistors T einen L vorgegebenen Wert, so daß die Schaltverluste des Endstufentransistors T2 in unerwünschter Weise ansteigen, dann sinkt die über die Verbindung 12 in dir Stauerstufe 1 geführte Kollektor Emitter Spannung des Entstufentransistors T2 unter einen vorgegebenen Mindestwert. In dieser Betriebsphase schaltet die Diode D1 durch, so daß die durch die Widerstände R1 und R2 sowie die Referenzspannungsquelle 14 bestimmte Vergleichsspannung am Eingang 42 einer beispielsweise als Komparator ausgebildeten Impulsformerstufe 4 absinkt. Dies führt dazu, daß die von der Impulsformerstufe 4 an den Eingang 31 des UND-Gliedes 3 geführten Taetimpulse in ihrer Impulsbreite vermindert werden. dadurch sinkt der Basisstrom des Endstufentransistors T2 und damit steigt die Kollektor-Emitter-Spannung dieses Transistors, wobei sich wiederum der vorbestimmte optimale Ubersteuerungsfaktor des Endstufentransistors einstellt.
Die Taktimpulse werden im Taktimpulsgenerator 5 gebildet, der beispielsweise als Sägezahngenerator ausgebildet ist und dessen Ausgangs impulse an den Eingang 41 der Impulsformerstufe 4 geführt sind, die aus den Ausgangsimpulsen des Laktlmpulsgenerators lmpulsbreltenmoaullerte Keceteckimpulse forme.
Die Ausgangs impulse des mit der Betriebs frequenz des Spannungswandlers atbeitenden Schaltimpulsgenerators 6 werden an den zweiten Eingang 32 des UND-Glieds 3 geführt, so daß das UND-Glied 3 aus Einzelimpulsgruppen aufgebaute Impulspakete bildet, mit denen der Treibertransistor T1 durchgeschaltet wird. An einer Sekundärwicklung W3 des Übertragers treten Spannungen auf, die von der Belastung des Spannungswindlers abhängen und mit der der Schdltimpulsgellerator 6 in an sich bekannter Weise in seiner Impulsbreite veränderbar ist. Von dem Schaltimpulsgenerator 6 wird zusätzlich eine Schaltstufe 7 gesteuert, die dem Endstufentransistor T2 am Ende jeder Durchschaltphase einen die Schalttzlich vermindernden inversen Basisstrom Zum Schutz des Treibertransistors T1 vor Schäden bei ständiger Unterbrechung des Kollektorkreises des Endstiifentransistors Tv ist eine Schutzschaltung 8 vorgesehen, der die an dem niederohmigen Widerstand @ abfallende Spannung zuführbar ist. In einem Störungsfall der genannten Art schaltet die Schutzschaltung 8 <las UND-Glied 3 über den Eingang 33 derart, daß während der Störung an der Basis des Treibertransistors T1 keine getakteten Schaltimpulse auftreten. Ferner ist der Emitter des Treibertransistors T1 über eine Schutzdiode D2 mit Masse verbunden.
Zur Vermeidung von Bildstörungen beim Einsatz erfindungsgemäßer Spannungswandler in Fernsehgeräte werden der Taktimpulsgenerator 5 und der Schaltimpulsgenerator 6 in an sich bekannter und in der Figur nicht dargestellter weise phasenstarr miteinander verkoppelt, wobei der Schaltimpulsgenerator noch zusätzlich durch die Zeilensynchronsignale einer empfangenen Fernsehsendung synchronisierbar ist.
sm eine möglichst wirksame Taktung der Basisstromversorgung zu erzielen, sollte die Taktfrequenz deutlich über der Betriebsfrequenz des Spannungswandlers liegen. Die Taktfrequenz kann beispielsweise größenordnungsmäßig um zwei Zehnerpotenzen über der Betriebsfrequenz liegen.
Erfindungsgemäße Spannungswandler sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads insbesondere für den Einsatz in Netzteilen von Fernsehempfängern geeignet.

Claims

Spannungswandler Ansprüche .1. Spannungswandler mit einem von einer Steuerstufe geschalteten Treibertransistor, einem von dem Treibertransistor mit der Betriebsfrequenz des Spannungswandlers geschalteten Endstufentransistor und einem dem Endstufentransistor nachgeordneten Übertrager, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibertransistor (T1) von der Steuerstufe (1) durch mit der Betriebsfrequenz des Spannungswandlers auftretende und aus Einzelimpulsgruppen besbestehande Impulspakete geschaltet ist und die Frequenz der Einzelimpulse der Impulspakete über der Betriebsfrequenz des Spannungswandlers liegt.
2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Treibertransistor (T1) schaltellden und miL der Betriebsfrequenz dès Spannungswandlers am Ausgang (2) der Steuerstufe (1) auftretenden Impulspakete zur Erzielung vorbestimmter elektrischer Ausgangsgrößen des Spannungswandlers in ihrer Länge veränderbar sind.
3. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die mit der über der Betriebs frequenz des Spannungswandlers liegenden Frequenz am Ausgang (2) der Steuerstufe (1) auftretenden und den Treibentransistor (T1) schaltenden Einzelimpulse der mit der Betriebsfraquenz des Spannungswandlers auftetenden Impulspakete zur Erzielung eines vorbestimmten Übersteuerungsfaktors des Endstufentransistors (T2) in ihrer Impulsbreite veränderbar sind.
4. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelimpulse der am Ausgang (2) der Steuerstufe (1) auftretenden Impulspakete zur Erzielung eines vorbestimmten Ubersteuerungsfaktors des Endstufentransistors (T2) in Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter-Spannung des Endstufentransistors (T2) in ihrer Impulsbreite veränderbar sind.
5. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelimpulse der am Ausgang (2) der Steuerstufe (1) auftretenden Impulspakete zur Erzielung eines vorbestimmten Übersteuerungsfaktors des Endstufentransistors (T2) in AbhänRiRkeit von der Kollektor-Emitter-Spannung des Entstufentransistors (T2) in ihrer Impulsbreite derart veränderbar sind, daß diese Kollektor-Emitter-Spannung einen vorgegebenen Sättigungswert nicht unterschreitet.
6. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelimpulse der am Ausgang (2) der Steuerstufe (1) auftretenden Impulspakete zur Erzielung eines vorbestimmten Ubersteuerungsfaktors des Endstufentransistors (T2) in Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter-Spannung des Endstufentransistors (T2) j bei einem Unterschreiten dieser Kollektor-Emitter-Spannung unterhalb eines vorgegebenen Sättigungswertes zum Ausgleich der Abweichung dieser Kollektor-Emitter-Spannung von dem vorgegebenen Sättigungswert in ihrer Impulsbreite verringerbar sind 7.
Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Treibertransistor (T1) schaltenden Impulspakete mit einem UND-Glied (3) gewinnbar sind, dem über einen ersten Eingang (31) die in ihrer Impulsbreite in Abhängigkeit von der Kollektort Emitter-Spannung des Entstufentransistors (T2) durch eine Impulsformerstufe (4) veränderbaren Ausgangs impulse eines mit über der I Betriebsfrequenz des Spannungswandlers liegender Frequenz arbeitenden Taktimpulsgenerators (5) als Einzelimpulse der dem UND-Glied (3) entnehmbaren Impulspakete zugeführt sind und dem über einen zweiten Eingang (32) die zur Erzielung vorbestimmter elektrischer Ausgangsgrößen des Spannungswandlers in ihrer Längveränderbaren Ausgangsimpulse eines mit der Betiebsfrequenz Spannungswandlers arbeitenden Schaltimpulsgenerators (6) zugeführt sind.
18. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingängen (31, 32) des UND-Glieds (3) rechteckförmige Impulse anstehen.
19. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Taktimpulsgenerators (5) ein ganzzahliges Vielfaches der Betribsfrequenz des Spannungswandlers beträgt.
10. Soannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekenzeichnet, daß der Taktimpulsgenerator (5) und der Schaltimpulsgenerator (6) phasenstarr miteinander verkoppelt sind.
11. Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltimpulsgenerator (6) mit den Zeilensynchronimpulsen eines Fernsehsignals synchronisiert ist.
12. Spannunzswandler nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Treibertransistors (T1) über eine Induktivität (L) mit der Basis des Endstufentransistors (T2) elektrisch leitend verbunden ist.