DE3123837C2

DE3123837C2 - Schaltregler

Info

Publication number: DE3123837C2
Application number: DE3123837A
Authority: DE
Inventors: Kunio Totsuka Yokohama Ando; Masaro Ebina Kaku; Yasumasa Totsuka Yokahama Sawaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1987-02-26
Also published as: JPS578820A; GB2079015B; US4380729A; GB2079015A; DE3123837A1; JPS6238950B2

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Gleichspannungs-Regler ("switching regulator"), der eine nicht-stabilisierte Eingangs-Gleichspannung durch einen Schalt-Transistor zerhackt und die zerhackte Spannung gleichrichtet, um eine stabilisierte Ausgangs-Gleichspannung zu erzeugen. Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand, einem Kondensator und einer Spule ist zwischen einen Ausgangsanschluß stabilisierter Gleichspannung und eine Basis-Elektrode eines Erreger-Transistors, der den Schalt-Transistor erregt, geschaltet, um eine Zunahme von Welligkeits-Spannung bei fallender nicht-stabilisierter Eingangs-Gleichspannung zu unterdrücken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltregler gemäß dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines aus der US-PS 41 18 739 bekannten Schaltreglers, der dem Oberbegriff des Patentanspruchs entspricht.
An einem Anschluß 1 wird eine nichtstabilisierte Gleichspannung angelegt, die durch Gleichrichten und Glätten einer Eingangswechselspannung erzeugt worden ist. Die angelegte Spannung wird in eine stabilisierte Ausgangsspannung an einem Anschluß 4 umgerichtet, indem die Leitungsdauer eines Schalttransistors 2 durch eine noch zu beschreibende Steuerschaltung gesteuert wird. Die Leitungsdauer des Schalttransistors 2 wird durch Steuern des Tastverhältnisses eines Erregertransistors 13 gesteuert, der den Schalttransistor 2 durch das Ausgangssignal eines Spannungs-Impulsdauerumsetzers 14 erregt, der seinerseits gesteuert wird durch Teilen der Ausgangsspannung am Anschluß 4 mittels einer Reihenschaltung von Widerständen 9 und 10, Vergleichen der geteilten Spannung (Spannung an einem Knoten A) mit einer Bezugsspannung (Spannung an einem Knoten B) von einer stabilisierten Spannungsquelle, einem Widerstand 17 und einer Z-Diode 19 durch einen eine Regelabweichung erfassenden Transistor 18 und Benutzen der resultierenden Regelabweichungsspannung als Stellsignal. Beim Regelbetrieb wird die Ausgangsimpulsdauer des Spannungs-Impulsdauerumsetzers 14 derart gesteuert, daß die Leitungsdauer des Schalttransistors 2 verkürzt (oder verlängert) wird, wenn nicht stabilisierte Gleichspannung ansteigt (bzw. fällt).
In Fig. 1 sind ferner zu sehen eine Drossel 3, eine Startschaltung 5, ein Kondensator 6, ein Widerstand 7, ein erregender Transformator 8, ein Glättungskondensator 11, eine Freilaufdiode 12 und ein Anschluß 15, an dem ein Puls zur Bestimmung der Schalt-Periode angelegt wird.
Die beschriebene Regelung ist nur wirksam, wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung größer als die Ausgangsspannung ist. Wenn die Eingangswechselspannung so stark schwankt, daß die nichtstabilisierte Gleichspannung unter den Regelbereich fällt, fällt die Basisspannung des die Regelabweichung erfassenden Transistors 18 unter dessen Ermitterspannung (Spannung am Knoten B), so daß der die Regelabweichung erfassende Transistor 18 gesperrt wird und die Regelabweichungserfassung ausfällt. Infolgedessen folgt die Leitungsperiode des Schalttransistors 2 nicht genau der Änderung der Ausgangsspannung, was die Welligkeit in der Ausgangsspannung erhöht. Wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung fällt, nimmt die Welligkeit in der Ausgangsspannung zu, wie bei 29 in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn ein derartiger Gleichspannungsregler als Stromversorgung für einen Farbfernsehempfänger benutzt wird, schwingt das wiedergegebene Bild im wesentlichen aufgrund der Welligkeit, wenn die Eingangswechselspannung absinkt. Fig. 5 zeigt eine Eingangs-Ausgangs-Kennlinie für die Eingangswechselspannung (horizontale Achse) und die Welligkeitsspannung in der Ausgangsspannung (vertikale Achse).
Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Schaltreglers, der diese Schwierigkeit überwindet.
Gemäß Fig. 2 ist eine Reihenschaltung aus Widerständen 20 und 21 zwischen einen Anschluß 1 und Erde E geschaltet und ein Widerstand 17 mit dem Verbindungspunkt C der Widerstände 20 und 21 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 17 ist mit einem Verbindungspunkt B der Kathode einer Z-Diode 19 und des Emitters eines eine Regelabweichung erfassenden Transistors 18 verbunden. Ein Kondensator 22 ist vorgesehen, um die von den Widerständen 20 und 21 abgeleitete Spannung zu glätten, d. h. die Spannung am Knoten C.
Ein Unterschied gegenüber der Schaltung von Fig. 1 besteht in der Bezugsspannungserzeugung. In der Schaltung von Fig. 1 wird die Bezugsspannung von der stabilisierten Spannungsquelle 16 abgeleitet, während in der Schaltung von Fig. 2 sie durch Teilen der nichtstabilsierten Gleichspannung abgeleitet wird. Daher wird in der Schaltung von Fig. 2, wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung so stark fällt, daß die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 (die Spannung am Knotenpunkt C) unter die Kathodenspannung der Z-Diode 19 fällt, die Z-Diode 19 gesperrt, jedoch fällt die Bezugsspannung (die Spannung am Knoten B), angelegt an den Emitter des Transistors 18, wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung fällt. Entsprechend sinkt in der Schaltung von Fig. 12, wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung unter den Regelbereich fällt, die Bezugsspannung ebenfalls wie oben beschrieben, so daß der die Regelabweichung erfassende Transistor 18 nicht gesperrt wird, wie es bei der Schaltung nach Fig. 1 der Fall ist. Daher kann selbst bei einem Abfall der nichtstabilisierten Gleichspannung die Welligkeit nicht wesentlich ansteigen.
Diese Schaltung hat jedoch den folgenden Nachteil:
Da die an die Z-Diode 19 angelegte Spannung von der nichtstabilisierten Gleichspannung abgeleitet wird, wird jede Änderung der nichtstabilisierten Gleichspannung auf die Z-Diode 19 über die Widerstände 20 und 17 übertragen, selbst wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung innerhalb des Regelbereichs liegt. Infolgedessen ändert sich die Bezugsspannung etwas und nimmt die Stabilität der Bezugsspannung ab im Vergleich mit der Schaltung von Fig. 1. Entsprechend zeigt die Regelkennlinie für die Eingangswechselspannung in Bezug auf die Ausgangsspannung eine starke Schwankung oberhalb einer vorgegebenen Ausgangsspannung (vgl. in Fig. 3 den Pfeil 24). Fig. 3 zeigt eine Eingangs-Ausgangs-Kennlinie für die Eingangswechselspannung (Horizontalachse) und die Ausgangsgleichspannung (Vertikalachse).
Im allgemeinen gilt: Da der Schaltregler einen langsamen Anstieg in der Stromversorgungsspannung zeigt, wenn er als Stromversorgung für einen Farbfernsehempfänger benutzt wird, steigt die Hochspannungsstromversorgung des Farbfernsehempfängers schneller an, was aus Sicherheitsgründen unerwünscht ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den bekannten Schaltregler so zu verbessern, daß die Welligkeit der Ausgangsspannung bei sich ändernder Eingangsspannung verringert und daß der Anstieg der Ausgangsspannung zum Zeitpunkt der Einspeisung der Eingangsspannung verlangsamt ist.
Ein Schaltregler, der die obige Aufgabe löst, ist durch den einzigen Patentanspruch gekennzeichnet.
Durch die Erfindung wird also sowohl die Welligkeit der Ausgangsspannung bei sich ändernder Eingangspannung verringert als auch der Anstieg der Ausgangsspannung zum Zeitpunkt der Einspeisung der Eingangsspannung verlangsamt, indem einfach eine aus einer Reihenschaltung einer Kapazität mit einem Widerstand und einer Induktivität enthaltende Spannungsrückkopplungsschaltung unmittelbar zwischen dem Gleichspannungsausgangsanschluß und der Basis des Erregertransistors eingeschaltet ist.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Fig. 4 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 5 Kennlinien nach bekanntem Stand der Technik und dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels. In Fig. 4 ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 26, einem Widerstand 27 und einer Spule 28 erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehen. Ansonsten sind die gleichen Bezugszeichen wie für die Schaltung von Fig. 1 verwendet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator 26, dem Widerstand 27 und der Spule 28 an einem Ende mit dem Ausgangsspannungs-Anschluß 4 und am anderen Ende mit der Basis des Erregertransistors 13 verbunden. Der Kondensator 26 dient dazu, Änderungen in der Spannung am Ausgangsspannungs-Anschluß 4 zur Basis des Erregertransistors 13 zu übertragen, und die Spule 28 in Reihe mit dem Kondensator 26 dient dazu, Rauschen in hochfrequenten Komponenten (z. B. horizontale Welligkeit), die am Ausgangsspannungs-Anschluß 4 auftreten, zu unterdrücken. Der Widerstand 27 dient zum Dämpfen einer Reihenresonanz des Kondensators 26 und der Spule 28.
Wenn der Erregertransistor 13 und der Schalttransistor 2 gegenphasig zueinander sind (d. h., wenn der Erregertransistor 13 leitet, jedoch der Schalttransistor sperrt) und wenn die Ausgangsspannung ansteigt, wird jede Änderung in der Ausgangsspannung zur Basis des Erregertransistors 13 über die Reihenschaltung übertragen, so daß die Leitungsdauer des Erregertransistors 13 zunimmt. Da der Erregertransistor 13 gegenphasig zum Schalttransistor 2 arbeitet, nimmt die Leitungsdauer des Schalttransistors 2 ab, und fällt die Ausgangsspannung ab. Wenn die Ausgangsspannung fällt, nimmt die Basisspannung des Erregertransistors 13 ab und damit auch die Leitungsdauer des Erregertransistors 13, während die Leitungsdauer des Schalttransistors 2 zunimmt, so daß die Ausgangsspannung ansteigt. Entsprechend wird die Welligkeit in der Ausgangsspannung zur Basis des Erregertransistors 13 über die Reihenschaltung ausgekoppelt. Es sei nun angenommen, daß die nichtstabilisierte Gleichspannung, die an den Anschluß 1 angelegt wird, unter eine vorgegebene Ausgangsspannung fällt. Ohne die Reihenschaltung, also wie im Fall des Schaltbildes von Fig. 1, nimmt die Welligkeit in der Ausgangsspannung zu, wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung (oder Eingangswechselspannung) fällt, wie bei 29 in Fig. 5 gezeigt ist. Mit der Reihenschaltung, d. h. gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ergibt sich folgendes: Wenn der die Regelabweichung erfassende Transistor 18 gesperrt wird, weil die nichtstabilisierte Gleichspannung fällt, so nimmt die Welligkeit in der Ausgangsspannung zu, jedoch wird die Welligkeitsspannung zur Basis des Erregertransistors 13 über die Reihenschaltung rückgekoppelt, so daß die Leitungsdauer des Schalttransistors 2 entsprechend gesteuert wird, um eine Zunahme der Welligkeit der Ausgangsspannung zu unterdrücken. Infolgedessen wird - vgl. eine Kurve 30 in Fig. 5 - die Zunahme der Welligkeit der Ausgangsspannung beträchtlich unterdrückt, selbst wenn die nichtstabilisierte Gleichspannung fällt. Da ferner die Bezugsspannung abgeleitet wird, indem eine Spannung der Z-Diode von der stabilisierten Spannungsquelle 16 über den Widerstand 17 zugeleitet wird, ändert sich die Regelkennlinie für die Eingangswechselspannung gegenüber der Ausgangsspannung nicht wesentlich oberhalb einer vorgegebenen Ausgangsspannung (vgl. den Pfeil 24 in Fig. 3), wie durch eine Kurve 25 in Fig. 3 gezeigt ist.
Die Reihenschaltung gemäß der Erfindung ist auch wirksam zur Verringerung des Anstiegs der Stromversorgungsspannung. Die Anstiegszeit hängt vor allem vom Kapazitätswert des Kondensators 26 ab.
Die Schaltungskonstanten des Kondensators 26, des Widerstands 27 und der Spule 28 können z. B. 1 µF, 560 Ω bzw. 3,3 mH betragen. Die resultierende fallende Spannungskennlinie ist durch die Kurve 30 in Fig. 5 gezeigt, wobei die Anstiegskennlinie der Ausgangsspannung ca. 200-300 ms entspricht.

Claims

Schaltregler, mit

a) einem Gleichspannungseingangsanschluß (1) und einem gemeinsamen Anschluß (E), an denen eine nichtstabilisierte Gleichspannung anlegbar ist,

b) einen Schaltelement (2) mit einem Steuereingangsanschluß, einem Ausgangsanschluß und einem Eingangsanschluß, der mit dem Gleichspannungseingangsanschluß (1) verbunden ist,

c) einem Gleichspannungsausgangsanschluß (4), an dem gegenüber dem gemeinsamen Anschluß (E) ein stabilisiertes Gleichspannungspotential erzeugbar ist,

d) einem Gleichrichter-Filter (3, 11, 12) mit einem Eingangsanschluß, der an den Ausgangsanschluß des Schaltelements (2) angeschlossen ist, und einem Ausgangsanschluß, der an den Gleichspannungsausgangsanschluß (4) gelegt ist, das eine vom Schaltelement zerhackte Spannung gleichrichtet,

e) einer Steuerschaltung (14), die die Impulsdauer des Schaltimpulses entsprechend einer Änderung der Spannung am Gleichspannungsausgangsanschluß (4) ändert, und so ein Steuerausgangssignal an einem Ausgangsanschluß erzeugt und die aufweist:
einen Eingangsanschluß (15), an dem ein impulsförmiges Schaltsignal anlegbar ist,
einen Steuereingangsanschluß, der mit dem Gleichspannungsausgangsanschluß (4) verbunden ist,

f) einen Erregertransitor (13), dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß der Steuerschaltung, dessen Kollektor mit dem Steuereingangsanschluß des Schaltelements (2) und dessen Emitter mit dem gemeinsamen Anschluß (E) verbunden ist,

g) einer Spannungsrückkopplungsschaltung, die ein mit der Gleichspannung am Ausgangsanschluß (4) veränderliches Spannungssignal zum Erregertransistor (13) rückkoppelt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsrückkopplungsschaltung (26, 27, 28) unmittelbar zwischen dem Gleichspannungsausgangsanschluß (4) und der Basis des Erregertransistors (13) liegt und eine Reihenschaltung aus einer Kapazität (26), einen Widerstand (27) und einer Induktivität (28) aufweist.