DE2840439C2

DE2840439C2 - Zwei Ausgangsspannungen unterschiedlicher Polarität liefernder Gleichspannungsschaltregler

Info

Publication number: DE2840439C2
Application number: DE19782840439
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ing.(Grad.) 4950 Minden John; Jürgen 4952 Porta Westfalica Meyer
Original assignee: Schoppe & Faeser 4950 Minden De GmbH
Current assignee: Schoppe & Faeser 4950 Minden De GmbH
Priority date: 1978-09-16
Filing date: 1978-09-16
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE2840439A1

Description

— daß der der entgegengesetzten Ausgangsspannung {—Uz) zugehörige Kondensator (17) zwischen der Freilaufdiode (16) und Bezugspotential (OV^liegt,

— daß parallel zu Freilaufdiode (16) und Kondensator (17) die Reihenschaltung einer zweiten Freilaufdiode (25) und eines zweiten steuerbaren elektronischen Schalters (26) geschaltet ist und

— daß eine zweite Regelschaltung (22) den zweiten steuerbaren elektronischen Schalter (26) öffnet, wenn der Betrag der an dem zweiten Kondensator (17) anstehenden Spannung (— U₂) einen vorgegebenen Wert unterschreitet, und ihn schließt, wenn dieser Betrag den vorgegebenen Wert überschreitet.

2. Gleichspannungsschaltregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß als zweiter steuerbarer elektronischer Schalter ein Transistor (26) dient, dessen Emitter mit dem Bezugspotential (Leitung 3) to verbunden ist,

— daß die Basis des Transistors (26) über einen ersten Widerstand (32) mit dem Kollektor eines zweiten Transistors (31) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp verbunden ist,

— daß der Emitter des zweiten Transistors (31) über einen Referenzspannungsgeber (28) mit dem Verbindungspunkt (18) zwischen der ersten Freilaufdiode (16) und dem zweiten Kondensator (17) verbunden ist,

— daß parallel zu dem zweiten Kondensator (17) ein Spannungsteiler (29, 30) geschaltet ist, dessen Abgriff mit der Basis des zweiten Transistors (31) verbunden ist und

— daß der Kollektor des ersten Transistors (26) über einen zweiten Widerstand (33) mit der Basis des zweiten Transistors (31) verbunden ist (F ig. 2).

3. Gleichspannungsschaltregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsgeber eine Zenerdiode (28) dient.

4. Gleichspannungsschaltregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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— daß als zweiter steuerbarer elektronischer Schalter ein Transistor (26) dient, dessen Emitter direkt mit dem Bezugspotential (Leitung 3) und dessen Basis über einen dritten Widerstand (42) mit dem Bezugspotential (Leitung 3) verbunden ist,
daß als zweite Regelschaltung ein integrierter Spannungsregler (34) dient, der mindestens einen Differenzverstärker (35) und einen diesem nachgeschalteten Endstufentransistor (36) aufweist,

daß als Versorgungsspannung für den integrierten Spannungsregler (34) die an dem zweiten Kondensator (17) anstehende Spannung (- U₂) dient,

daß der Kollektor des Endstufentransistors (36) des integrierten Spannungsreglers (34) mit der Basis des Transistors (26) und der Emitter des Endstufentransistors (36) des integrierten Spannungsreglers (34) über einen vierten Widerstand (43) und eine Zenerdiode (44) mit dem Verbindungspunkt (18) zwischen der ersten Freilaufdiode (16) und dem zweiten Kondensator (17) verbunden ist,

daß der Emitter des Endstufentransistors (36) des integrierten Spannungsreglers (34) mit der Basis eines dritten Transistors (37), der Verbindungspunkt zwischen dem vierten Widerstand (43) und der Zenerdiode (44) mit dem Emitter des dritten Transistors (37) und der Kollektor des dritten Transistors (37) mit dem Ausgang des Differenzverstärker (35) des integrierten Spannungsreglers (34) verbunden ist,
daß parallel zu dem zweiten Kondensator (17) ein Spannungsteiler (29, 30) geschaltet ist, dessen Abgriff mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (35) des integrierten Spannungsreglers (34) verbunden ist,

daß der invertierende Eingang des Differenzverstärkers (35) des integrierten Spannungsreglers (34) mit dem Ausgang eines Referenzspannungsgebers (38) verbunden ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (35) des integrierten Spannungsreglers (34) über einen fünften Widerstand (45) mit seinem nicht invertierenden Eingang verbunden ist (F i g. 3).

Die Erfindung bezieht sich auf einen zwei Ausgangsspannungen unterschiedlicher Polarität liefernden Gleichspannungsschaltregler mit gemeinsamem Bezugspotential gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Gleichspsinnungsschaltregler ist aus der DE-AS 20 35 177 bekannt. Zwischen Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß gleicher Polarität liegt die Serienschaltung eines steuerbaren elektronischen Schalters und einer Speicherdrossel Zwischen dem Mittelpunkt dieser Serienschaltung und dem Bezugspotential ist eine Freilaufdiode angeordnet. Parallel zu den Ausgangsanschlüssen liegt ein Glättungskondensator. Eine Regelschaltung steuert den steuerbaren elektronischen Schalter im Sinne einer Regelung der gleichpoligen Ausgangsspannung derart, daß eine konstante Spannungs-Zeit-Fläche an der Freilaufdiode liegt. Zur Erzeugung weiterer Ausgangsspannungen ist eine Zusatzeinrichtung vorgesehen. Diese Zusatzeinrichtung

besteht im wesentlichen aus einem Transformator, dessen Primärwicklung über einen Schalttransistor der Freilaufdiode im Querzweig parallel geschaltet ist Für jede zusätzliche Ausgangsspannung weist der Transformator eine gesonderte Sekundärwicklung auf, an die über eine Diode die Reihenschaltung einer weiteren Speicherdrossel und eines weiteren Gläaungskondensators angeschlossen ist Im Querzweig verbindet eine weitere Freilaufdiode den Eingang der Speicherdrossel mit dem anderen Ende der zugehörigen Sekundärwick- ι ο lung. Außerdem enthält der Transformator noch eine Rückmagnetisierungswicklung, die zusammen mit einer entsprechend gepolten Diode in der Sperrphase des steuerbaren elektronischen Schalters für die Rückmagnetisierung des Transformators sorgt Abgesehen vcn '5 Belastungsänderungen sind die Zusatzspannungen wie die Spannung am Hauptausgang konstant

Aus der US-PS 37 90 878 ist ein weiterer Gleichspannungsschaltregler bekannt, der zwei Ausgangsspannungen entgegengesetzter Polarität mit gemeinsamen Bezugspotential liefert. An die Eingangsspannungsquelle ist die Reihenschaltung eines steuerbaren Schalters, einer ersten Induktivität und eines ersten Widerstandes angeschlossen. An den Verbindungspunkt von Eingangsspannungsquelle und erstem Widerstand ist ein zweiter Widerstand angeschlossen, zu dem eine zweite, mit der ersten Induktivität gekoppelte Induktivität in Reihe geschaltet ist. Parallel zu jeder der beiden Reihenschaltungen von Induktivität und Widerstand ist die Reihenschaltung einer Diode und eines Glättungskondensator geschaltet, wobei jeweils ein Anschluß der beiden Glättungskondensatoren mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände verbunden ist Im Gegensatz zu dem aus der DE-AS 20 35 177 bekannten Gleichspannungsschaltregler handelt es sich bei dem aus der US-PS 37 90 878 bekannten Gleichspannungsschaltregler im Prinzip um zwei Sperrwandler mit gekoppelten Induktivitäten und mit zwei unabhängigen Lade- bzw. Frei'aufkreisen. Dieser Gleichspannungsschaltregler fällt somit nicht unter den durch die DE-AS 20 35 177 vorgegebenen Gattungsbegriff.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungsschaltregler der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfacher aufgebaut ist, insbesondere für die Erzeugung der zweiten Ausgangsspannung keinen zusätzlichen Transformator und keine zusätzliche Speicherdrossel benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Der erfindungsgemäße Gleichspannungsschaltregler hat den Vorteil, daß bei vorhandener Grundlast nicht nur die gleichpolige Ausgangsspannung sondern auch die Ausgangsspannung entgegengesetzter Polarität unabhängig von Änderungen der Belastung konstant ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gleichspannungsschaltreglers sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines ersten Gleichspannungsschaltreglers nach der Erfindung,

F i g. 2 eine erste Weiterbildung des Prinzipschaltbildes nach der F i g. 1 und

F i g. 3 eine zweite Weiterbildung des Prinzipschaltbildes nach der F i g. 1.

Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Dem in der F i g. 1 dargestellten Gleichspannungsschaltregler ist über zwei Anschlußpunkte 1 und 2 eine ungeregelte Gleichspannung Ue zugeführt Der Anschlußpunkt 2 ist über eine Leitung 3 mit einem weiteren Anschlußpunkt 4 verbunden. Das Potential der die Anschlußpunkte 2 und 4 verbindenden Leitung 3 dient als Bezugspotential für den Gleichspannungsschaltregler. In dem Längszweig des Gleichspannungsschaltreglers liegen ein steuerbarer elektronischer Schalter 5 und eine Speicherdrossel 6, die durch eine Leitung 7 miteinander verbunden sind. Die Speicherdrossel 6 ist über einen Glättungskondensator 8 mit der Leitung 3 verbunden. Der gemeinsame Schaltungspunkt der Speicherdrossel 6 und des Glättungskondensators 8 ist mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Der Schaltungspunkt 9 ist über eine Leitung 10 mit einem Anschlußpunkt 11 verbunden. An die Anschlußpunkte 4 und 11 ist ein mit Strichlinien dargestellter Lastwiderstand 12 angeschlossen. An dem Anschlußpunkt 11 steht eine gegenüber dem Bezugspotential positive Gleichspannung + U\ an. Einer Regelschaltung 13 ist die Ausgangsspannung eines Referenzspannungsgebers 14 und über eine Leitung 15 die positive Ausgangsspannung + LJ\ des Gleichspannungsschaltreglers zugeführt. Die Regelschaltung 13 schließt den steuerbaren elektronischen Schalter 5, wenn die Spannung + U\ kleiner als die Referenzspannung ist und öffnet den steuerbaren elektronischen Schalter 5, wenn die Ausgangsspannung + U\ des Gleichspannungsschaitreglers größer als die Referenzspannung ist. Der Ausgangsspannung + Ui ist somit eine Brummspannung überlagert, die sich aus der Arbeitsbewegung einer Zweipunktregelung, um die es sich bei einem Gleichspannungsschaltregler handelt ergibt. Die Amplitude dieser Brummspanming ist jedoch gegenüber der Höhe der Ausgangsspannung + U\ vernachlässigbar klein. Zwischen die Leitungen 3 und 7 ist die Reihenschaltung einer Freilaufdiode 16 und eines Glättungskondensators 17 geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen der Freilaufdiode 16 und dem Glättungskondensator 17 ist mit dem Bezugszeichen 18 versehen. Dieser Schaltungspunkt ist über eine Leitung 19 mit einem Anschlußpunkt 20 verbunden. An die Anschlußpunkte 4 und 20 ist ein mit Strichlinien dargestellter Lastwiderstand 21 angeschlossen. An dem Anschlußpunkt 20 steht eine gegenüber dem Bezugspotential negative Gleichspannung — t/2 an. Einer weiteren Regelschaltung 22 ist die Ausgangsspannung eines weiteren Referenzspannungsgebers 23 und über eine Leitung 24 die negative Ausgangsspannung — t/2 des Gleichspannungsschaltreglers zugeführt. Zwischen den Leitungen 3 und 7 ist die Reihenschaltung einer weiteren Freilaufdiode 25 und eines als steuerbarer elektronischer Schalter dienenden Transistors 26 geschaltet, dessen Basis mit dem Ausgang der Regelschaltung 22 verbunden ist. Die Regelschaltung 22 schaltet den Transistor 26 in den leitenden Zustand (Schalter geschlossen), wenn der Betrag der an dem Glättungskondensator 17 anstehenden Spannung - U₂ den durch den Referenzspannungsgeber 23 vorgegebenen Wert überschreitet, und schaltet den Transistor 26 in den gesperrten Zustand (Schalter geöffnet), wenn der Betrag der an dem Glättungskondensator 17 anstehenden Spannung — Ui den durch den Ref°renzspannungsgeber 23 vorgegebenen Wert unterschreitet. Auch der Spannung —1/2 ist somit eine Brummspannung überlagert, die sich aus der Arbeitsbewegung einer Zweipunktregelung, um die es sich bei einem GleichsDannungsschaltregler handelt, ergibt. Die

Amplitude dieser Brummspannung ist jedoch gegenüber der Höhe der an dem Glättungskondensator 17 anstehenden Spannung — Ui vernachlässigbar klein.

Bei geschlossenem Schalter 5 fließt ein Strom von dem Anschlußpunkt 1 über die Speicherdrossel 6 und den Glättungskondensator 8 sowie den parallelgeschalteten Lastwiderstand 12 zum Anschlußpunkt 2. Dabei erhöht sich die Spannung an dem Glättungskondensator 8. Übersteigt diese Spannung die Ausgangsspannung des Referenzspannungsgebers 14, so wird der Schalter 5 geöffnet, und der in der Speicherdrossel 6 fließende Strom, der sich nicht sprungartig ändern kann, baut sich über die Glättungskondensatoren 8 und 17 sowie die zu diesem parallel geschalteten Lastwiderstände 12 bzw. 21 und über die Freilaufdiode 16 ab. Dabei lädt sich der Glättungskondensator 17 auf eine negative Spannung auf, bis der Betrag der an dem Glättungskondensator 17 anstehenden Spannung — Ui den durch die Ausgangsspannung des Referenzspannungsgebers 23 vorgegebenen Wert überschreitet. Überschreitet der Betrag der Spannung — Ui den durch die Ausgangsspannung des Referenzspannungsgebers 23 vorgegebenen Wert, so wird der Transistor 26 in den leitenden Zustand gesteuert und der aufgrund des Speicherverhaltens der Speicherdrossel 6 fließende Strom baut sich über den Glättungskondensator 8 sowie den zu diesem parallel geschalteten Lastwiderstand 12, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 26 und die zusätzliche Freilaufdiode 25 ab.

Grundsätzlich könnte die Regelschaltung 22 und der Referenzspannungsgeber 23, die von einer Strichlinie 27 umschlossen dargestellt sind, eine Zenerdiode sein. Eine derartige Schaltungsanordnung weist jedoch kein exaktes Schaltverhalten auf, so daß der Transistor 26 verlustleistungsmäßig stark beansprucht würde.

Eine Schaltungsanordnung, in der durch eine Mitkopplung ein wesentlich verbessertes Schaltverhalten erreicht wird, zeigt die F i g. 2. Eine Zenerdiode 28 dient als Referenzspannungsgeber für die Spannung — Ui. Der Abgriff eines aus zwei Widerständen 29 und 30 bestehenden Spannungsteilers, der parallel zu dem Glättungskondensator 17 geschaltet ist, ist mit der Basis eines weiteren Transistors 31 verbunden. Der Kollektor des Transistors 31 ist über einen zur Strombegrenzung dienenden Widerstand 32 mit der Basis des Transistors 26 verbunden. Der Leitfähigkeitstyp des Transistors 31 ist entgegengesetzt demjenigen des Transistors 26. Der Kollektor des Transistors 26 ist über einen Widerstand 33 mit der Basis des Transistors 31 verbunden.

Der Spannungsabfall an dem Widerstand 30 ist proportional zu der an dem Glättungskondensator 17 anliegenden Spannung — U₂. Wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 30 größer als die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode 28 und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 31, so wird der Transistor 31 in den leitenden Zustand gesteuert und der Transistor 26 wird über den Widerstand 32 ebenfalls in den leitenden Zustand gesteuert Dabei wird über den Widerstand 33 eine positive Mitkopplungsspannung auf die Basis des Transistors 31 geschaltet, die zur Verbesserung des Schaltverhaltens dient Wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 30 kleiner als die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode 28 und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 31, so werden die Transistoren 26 und 31 gesperrt und es entfällt die Mitkopplung über den Widerstand 33.

Eine weitere Schaltungsanordnung mit einem durch

eine Mitkopplung verbesserten Schaltverhalten zeigt die F i g. 3. Als Regelschaltung dient in dieser Schaltungsanordnung ein integrierter Spannungsregler 34, der einen Differenzverstärker 35 und einen Endstufentransistor 36 aufweist. Derartige integrierte Spannungs regler werden z. B. unter der Typenbezeichnung 723 von den meisten Herstellern integrierter Spannungsregler angeboten. Der Einsatz von integrierten Spannungsreglern in Gleichspannungsschaltreglern mit nur einer

ίο Ausgangsspannung ist z. B. aus der DE-Zeitschrift »elektrotechnik«, 60, H. 9, 12. Mai 1978, Seiten 14-20, bekannt. Zusätzlich enthalten diese integrierten Spannungsregler einen Transistor 37 zur Begrenzung des über den Endstufentransistor 36 fließenden Stromes sowie einen Referenzspannungsgeber 38, der den Sollwert für die zu regelnde Spannung liefert. Die Spannungsversorgung des integrierten Spannungsreglers erfolgt über zwei Leitungen 39 und 40. Der Ausgang des Referenzspannungsgebers 38 ist mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 35 verbunden. Der Abgriff des aus den Widerständen 29 und 30 bestehenden Spannungsteilers, der parallel zu dem Glättungskondensator 17 geschaltet ist, ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers

i'-> 34 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers steuert über einen weiteren Transistor 41 den Endstufentransistor 36 an. Der Kollektor des Endstufentransistors 36 ist mit der Basis des Transistors 26 verbunden. Parallel zu der Basis-Emitter-Strecke des

"· Transistors 26 ist ein Widerstand 42 geschaltet. Der Emitter des Endstufentransistors 36 ist über einen Widerstand 43, der parallel zu der Basis-Emitter-Strekke des Transistors 37 geschaltet ist, eine Zenerdiode 44 und die Leitung 24 mit dem Schaitungspunkt 18

ι ■"> verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 35 ist über einen Mitkopplungswiderstand 45 mit seinem nicht invertierenden Eingang verbunden.

Wird der Betrag der Spannung - Ui größer als ihr Sollwert, so nimmt der Ausgang des Differenzverstär-

"' kers 35 ungefähr den Wert der positiven Versorgungsspannung des integrierten Spannungsreglers 34, d. h. Bezugspotential, an, und die Transistoren 41,36 und 26 werden in den leitenden Zustand gesteuert Der über den Endstufentransistor 36 fließende Strom verursacht

ι ί an dem Widerstand 43 einen Spannungsabfall, der über den Transistor 37 eine Begrenzung dieses Stromes bewirkt Die Zenerdiode 44 dient zur Anhebung des Potentials des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand 43 und dem Emitter des Transistors 37.

Wird der Betrag der Spannung -U₂ kleiner als ihr Sollwert, so nimmt der Ausgang des Differenzverstärkers 35 ungefähr den Wert der negativen Vcrsorgangsspannung des integrierten Spannungsreglers 34, d.h. Spannung — Lk, an, und die Transistoren 41, 36 und 26 werden in den gesperrten Zustand gesteuert

Durch die Erfindung wird ein Gleichspannungsschaltregler mit positiver und negativer Ausgangsspannung geschaffen, der gegenüber der Zusammenschaltung von zwei Gleichspannungsschaltreglern nur eine Eingangs gleichspannung und nur eine Speicherdrossel benötigt Da bei dem erfindungsgemäßen Gleichspannungsschaltregler die Aufladung des Kondensators für die eine Polarität bei geschlossenem Schalter im Längszweig und die Aufladung des Kondensators für die andere Polarität bei geöffnetem Schalter im Längszweig erfolgt ergibt sich eine sehr geringe Verlustleistung des Gleichspannungsschaltreglers.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zwei Ausgangsspannungen unterschiedlicher Polarität liefernder Gleichspannungsschaltregler mit gemeinsamem Bezugspotential, mit der Serienschaltung eines steuerbaren elektronischen Schalters und einer Speicherdrossel zwischen Ein- und Ausgangsanschluis gleicher Polarität, einem Querzweig mit einer Freilaufdiode zwischen Bezugspotential und Mittelpunkt der Serienschaltung, parallel zu den Ausgangsanschlüssen liegenden Glättungskondensatoren und einer Regelschaltung, die den Schalter im Sinne einer Regelung der gleichpoligen Ausgangsspannung steuert, dadurch gekenn- '5 zeichnet,