DE2854441C2

DE2854441C2 -

Info

Publication number: DE2854441C2
Application number: DE2854441A
Authority: DE
Inventors: Akio Tokio/Tokyo Jp Koizumi; Hiroshi Kawagoe Saitama Jp Nakanzawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1978-12-16
Publication date: 1988-09-08
Also published as: GB2011194B; JPS61993B2; FR2412113A1; CA1126811A; FR2412113B1; DE2854441A1; NL7812274A; JPS5484252A; US4236196A; NL189016C; AU4252578A; GB2011194A; NL189016B; AU527678B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleich spannungsregler entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines bekannten Gleichspan nungsreglers. Ein Netzstecker 1, der zum Beispiel mit einer handels üblichen Netzspannung versorgt wird, ist über einen Netz schalter 2 mit einem Gleichrichterkreis 3 verbunden, des sen Ausgangsseite über die Primärwicklung 4 a eines Trans formators 4, der einen Magnetkern aufweist, und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 5 geerdet ist. Die Sekundärwicklung 4 b des Transformators 4 ist mit einem Gleichrichterkreis 6 verbunden, der eine stabile Gleichspannung für eine Last erzeugt. Die Basis des Schalttransistors 5 ist mit der Ausgangsseite eines Treiberkreises 7 verbunden, der von einer Gleichspannungsquelle 8 versorgt wird, die mit der Ausgangsseite des Gleichrichterkreises 3 verbunden ist. Der Treiber kreis 7 enthält einen Transistor 9, der von einem impuls breitenmodulierten Signal (d. h. einem Einschaltimpuls) angesteuert wird, um den Schaltvorgang durchzuführen, einen Transistor 10, der in Abhängigkeit von dem Ausgangs signal des Transistors 9 geöffnet wird, einen Trnsistor 11, der geöffnet wird, um den Schalttransistor 5 anzu steuern, wenn der Transistor 10 geöffnet wird, einen Tran sistor 13, dessen Basis mit dem Emitter des Transi stors 9 über einen Differenzierkreis 12 verbunden ist, der einen Ausschalt impuls erzeugt, um das Basispotential des Schalttran sistors 5 in Richtung der Sperrvorspannung zu ändern, wenn er ausgeschaltet ist, sowie einen Transistor 14, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Transi stors 13 eingeschaltet wird, um die Basis des Schalttran sistors 5 mit der negativen Spannungsseite der Gleich spannungsquelle 8 zu verbinden.

Die Ausgangsseite des Gleichrichterkreises 6 ist mit einem Spannungsdetektorkreis 15 verbunden. Die Ausgangsseite des Spannungsdetektorkreises 5 ist über einen Isolator 16, wie einen Photokoppler, einen Transformator oder dergleichen, der die Primär seite des Transformators 4 von dessen Sekundärseite trennt, mit einem Impulsbreitenmodulator 17 verbunden, der die Gleichspannung des Spannungsdetektorkreises 15 mit einer Bezugsspannung vergleicht, die Impulsbreite sei nes Ausgangsimpulses durch das Vergleichsfehlersignal steuert und damit ein impulsbreitenmoduliertes Signal er zeugt. Dieses impulsbreitenmodulierte Signal wird auf die Eingangsseite des Treiberkreises 7 gegeben, d. h. auf die Basis des Transistors 9, um den Treiberkreis 7 in Betrieb zu nehmen. Die Einschaltzeit des Schalttransistors 5 wird von dem Treiberkreis 7 derart gesteuert, daß der Gleichrichterkreis 6 an der Ausgangsseite eine stabile Ausgangsgleichspannung erzeugt.

Bei dem bekannten Gleichspannungsregler mit dem zuvor beschriebenen Aufbau wird, um die Schaltgeschwindigkeit des Schalttransisors 5 hoch zu machen, d. h. die Aus schaltzeit des Schalttransisors 5 kurz zu machen, ein Ausschaltimpuls, der das Basispotential des Schalttran sistors 5 in Richtung der Sperrvorspannung ändert, der art erzeugt, daß der Einschaltimpuls, der verwendet wird, um den Schalttransistor 5 einzuschalten, von dem Differenzierkreis 12 geformt wird, um den Ausschaltimpuls zu erzeugen. Wenn daher die Impulsbreite des von dem Impulsbreitenmodulator 17 auf die Basis des Transistors 9 gegebenen impulsbreitenmodulierten Signals klein wird, tritt die Schwierigkeit auf, daß die im Kon densator des Differenzierkreises 12 gespeicherte Ladung zum Einschalten des Transistors 13 nicht ausreicht. Da die Impulsbreite des Ausschaltimpulses nicht ausreicht, wird die in dem Schalttransistor 5 gespeicherte Ladung nicht ausreichend abgeführt und daher kann die Schaltfre quenz nicht hoch gemacht werden, so daß der Wirkungsgrad verringert wird.

Einen Stand der Technik entsprechend Fig. 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs zeigen die Fr-PS 22 74 162 sowie die US-PS 39 67 159. Durch die DE-OS 24 13 173 ist es ferner bekannt, ein Impulsverhältnis entsprechend der maximalen Durchsteuerzeit eines Leistungs transistors und der minimalen Abmagnetisierzeit eines Leistungs übertragers herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungsregler entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs so auszubilden, daß die Ausschaltzeit des Schalttransistors verkürzt und damit der Wirkungsgrad verbessert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch angegebenen gekennzeichneten Merkmale. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Schaltbild eines bekannten Gleichspannungsreglers,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Beispiels des Gleichspan nungsreglers der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer bei dem Regler in Fig. 2 verwendeten Torschaltung und

Fig. 4A bis 4E Diagramme zur Erläuterung der Arbeits weise der Regler in Fig. 2 und 3.

Ein Beispiel des Gleichspannungsreglers der Erfindung wird nun anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben, in denen Teile entsprechend denen in Fig. 1 mit den gleichen Be zugsziffern versehen sind.

Der Gleichspannungsregler enthält einen Steuerimpulsgenerator 25, der einen ersten Impuls P _D erzeugt, der den Maximalwert des Tastverhältnisses des impulsbrei tenmodulierten Signals des Impulsbreitenmodulators 17 bestimmt, sowie einen zweiten Impuls P _α, der eine um einen be stimmten Betrag α größere Impulsbreite als der erste Impuls P _D besitzt. Ferner enthält der Gleichspannungsregler eine logische Verknüpfungsschaltung 18, die Ein- und Ausschalt impulse in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Steuer impulsgenerators 25 in einer später beschriebenen Weise er zeugt. Vom theoretischen Standpunkt aus kann das Tastver hältnis des impulsbreitenmodulierten Signals (im folgenden als PDM-Signal bezeichnet) von 0 bis 100% geändert werden, in der Praxis jedoch kann der Schalttransistor 5, wenn das Tastverhältnis von 0 bis 100% geändert wird, infolge sei nes Trägerspeichereffektes nicht mehr normal betrieben wer den. Im allgemeinen werden daher durch den ersten begrenzenden Impuls P _D PDM-Signale erzeugt, die einen Maximalwert des Tastverhältnisses von 50%, 37,5%, 31,5% usw. haben.

Ein Treiberkreis 7 A enthält anstelle der Transistoren 9 und 10 und des Differenzierkreises 12, die bei der be kannten Schaltung in Fig. 1 verwendet sind, Transistoren 19 und 20. Der Transistor 19 wird in Abhängigkeit von dem Einschaltimpuls eingeschaltet, um den Transistor 11 und damit den Schalttransistor 5 einzuschalten. Der Transistor 20 wird in Abhängigkeit von dem Ausschaltim puls eingeschaltet, um die Transistoren 13 und 14 einzu schalten und dadurch die Basis des Schalttransistors 5 mit der negativen Seite der Gleichspannungsquelle 8 zu verbinden und damit den Schalttransistor 5 auszuschalten. Der übrige Schaltungsaufbau ist im wesentlichen gleich dem der bekannten Schaltung in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der bei der Schaltungsanord nung in Fig. 1 verwendeten logischen Verknüpfungsschaltung 18, in der die obigen Ein- und Ausschaltimpulse digital erzeugt werden; die Fig. 4A bis 4E zeigen den Verlauf dieser Impulse.

Bei dem Beispiel der Fig. 3 besteht die Schaltung 18 aus UND-Gliedern 30 und40 und einem Inverter 50. Das PDM-Signal, d. h. der Einschaltimpuls P _ON, der von dem Im pulsbreitenmodulator 17 (Fig. 2) abgegeben wird und den in Fig. 4A gezeigten Verlauf hat, wird auf den einen Ein gang 31 des UND-Gliedes 30 gegeben. Der andere Eingang 32 des UND-Gliedes 30 erhält einen ersten Impuls P _D, der von dem Steuerimpulsgenerator 25 (Fig. 2) abgegeben wird und den in Fig. 4C gezeigten Verlauf hat, um den Maximalwert des Tastverhältnisses des PDM-Signals zu begrenzen, während der andere Eingang 42 des UND-Gliedes 40 einen zweiten Impuls P _α erhält, der von dem Steuerimpulsgenerator 25 erzeugt wird und eine Impulsbreite hat, die um einen bestimmten Betrag α größer als die des Impulses P _D ist, wie Fig. 4D zeigt. Am Ausgang 33 des UND-Gliedes 30 wird ein Einschaltimpuls P _ON′ erhalten, der dem Impuls P _ON entspricht (als dem gegenüber P _D kürzeren Impuls) und der auch dem Inverter 50 zugeführt wird, der den invertierten Impuls P _ON erzeugt, der in Fig. 4B gezeigt ist und auf den Eingang 41 des UND-Gliedes 40 gegeben wird. Am Ausgang 43 des UND-Gliedes 40 wird der in Fig. 4E gezeigte Aus schaltimpuls P _OFF erhalten. Es ist durch das Ende des Signales P _ON und das Ende des Impulses P _α festgelegt. Der Impuls P _α wird der art erzeugt, daß, wenn die den Maximalwert des Tastver hältnisses begrenzenden Impulse P _D zu 50%, 37,5%, 31,3%, 25%, 12,5% und 6,3% erzeugt werden, der Impuls P _α durch Kombination der obigen Impulse gebildet wird. Wenn zum Beispiel die Begrenzungsimpulse von 50% und 12,5% kombiniert werden, kann der Impuls P _α mit einem Maximal wert von 62,5% des Tastverhältnisses erhalten werden. Der Impuls P _a hat daher eine Impulsbreite, die um einen bestimmten Betrag, d. h. 12,5%, größer als die des Be grenzungsimpulses von 50% ist.

Es wird nun die Arbeitsweise des Gleichspannungsreglers beschrieben, wenn ihm die auf diese Weise erzeugten Ein- und Ausschaltimpulse zugeführt werden.

Wenn in Fig. 2 der Impuls P _ON′ (entsprechend dem in Fig. 4A gezeigten Einschaltimpuls P _ON) auf die Basis des Transistors 19 gegeben wird, wird er eingeschaltet. Wenn der Transistor 19 eingeschaltet wird, werden der Transistor 11 und damit der Schalttran sistor 5 eingeschaltet. Dieser Schalttransistor 5 bleibt während der Impulsbreite des Einschaltimpulses P _ON in seinem Einschaltzustand und wird danach ausge schaltet. Wenn der Schalttransistor 5 ausgeschaltet wird und der in Fig. 4E gezeigte Ausschaltimpuls angrenzend an den Einschaltimpuls P _ON gegeben wird, werden der Tran sistor 20 und damit die Transistoren 13 und 14 eingeschal tet. Die in der Basis des Schalttransistors 5 im Einschalt zustand gespeicherten Ladungen werden daher schnell abge führt. Die Ausschaltzeit des Schalttransistors 5 wird daher verkürzt, so daß ein Schaltvorgang mit einer hohen Ge schwindigkeit möglich ist.

Bei dem obigen Beispiel sind UND-Glieder und ein Inverter verwendet, um die logische Verknüpfungsschaltung zu bilden, die die Ein- und Ausschaltimpulse erzeugt. Es ist jedoch offensichtlich, daß auch andere Schaltungen mit den gleichen Wirkungen ver wendet werden können.

Claims

Gleichspannungsregler, enthaltend
- - eine Gleichspannungsquelle,
- - einen Transformator mit Primär- und Sekundär wicklung und einem Magnetkern,
- - einen Schalttransistor, dessen Hauptstrompfad in Reihe zu der Primärwicklung geschaltet ist und dessen Basis am Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Treibertransistoren liegt, wobei einem Treibertransistor ein Ein schaltimpuls und mit dessen Ende dem anderen Treibertransistor ein Ausschaltimpuls zuge führt wird,
- - einen Gleichrichterkreis, der über die Sekun därwicklung geschaltet und mit einer Last verbindbar ist,
- - sowie einen Impulsbreitenmodulator, dem das Ausgangssignal des Gleichrichterkreises zuge führt wird, um ein impulsbreitenmoduliertes (PDM)-Steuersignal zu erzeugen, dessen Tast verhältnis der Spannung des Gleichrichterkrei ses proportional ist,
gekennzeichnet durch
- - einen Steuerimpulsgenerator (25), der zwei Impulse (P _D, P _α) erzeugt, welche syn chron mit dem (PDM)-Steuersignal (P _ON) be ginnen, wobei der erste Impuls (P _D) die ma maximale Einschaltdauer des Schalttransistors (5) festlegt und der zweite Impuls (P _α) um eine definierte Zeit (α) länger ist als der erste Impuls (P _D)
- - und durch eine logische Verknüpfungsschaltung (18), in der die drei Impulse (P _ON, P _D, P _α) derart zusammenwirken, daß von dem (PDM)- Steuersignal (P _ON) und dem ersten Impuls (P _D) der kürzere als Einschaltimpuls (P _ON′) gewon nen wird, während der Ausschaltimpuls (P _off) und das Ende des (PDM)-Steuersignals (P _ON) und das Ende des zweiten Impulses (P _a) fest gelegt wird.