DE3246320A1 - Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

• GlEichspannungswandler
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
• Nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitende Gleichspannungswandler sind vielfältig bekannt. So zeigt beispielsweise die DE-AS 1 256 778 einen Wandler, bei dem die Primärwicklung eines Transformators an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und dazwischen ein von einem Oszillator betätigter Schalttransistor angeordnet ist.
• Die Sekundärwicklung des Transformators ist über eine Gleichrichterdiode auf einen Ladekondensator geführt, und die Spannung über dem Ladekondensator wird durch eine Schaltungsanordnung überwacht, die jeweils den Oszillator startet, wenn die Spannung über dem Ladekondensator unter einen vorbestimmten Wert herunterfällt. Ein derartiger Gleichspannungswandler ist insofern vorteilhaft als er die Erzeugung einer hohen geregelten Ausgangs-Gleichspannung aus einer niedrigen Eingangs-Gleichspannung gestattet, wobei eine Nachladung und damit eine Beanspruchung der eingangsseitig angeordneten Batterie nur zeitweilig erfolgt.
• Ausgehend von diesem bekannten Gleichspannungswandler ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen so auszugestalten, daß mehrere unterschiedliche Spannungen ausgangsseitig mit möglichst geringem Schaltungsaufwand erzeugt werden können. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei in folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Figur t ein Schaltungsdiagramm des erfindung gemäßen Gleichspannungswandlers; und Figur 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers.
• Gemäß Figur 1 ist eine Spule L einerseits an eine Batteriespannung +Ug und andererseits über einen Schalter S an Masse gelegt. Der Schalter S besteht aus einem VMOS-Schalttransistor und wird im Bedarfsfall periodisch von einem Oszillator OS( betätigt. Der Schaltungspunkt zwischen Spule L und Schalter S ist an einen ersten Ladekreis und wenigstens einen weiteren Ladekreis angeschlossen. Der erste Ladekreis weist eine Diode D1, einen hierzu in Reihe geschalteten Schalter S1 sowie einen einerseits an dem Schalter S1 und andererseits an Masse liegenden Ladekondensator C1 auf. ueber dem Ladekondensator C1 bildet sich eine Spannung U1 und der Ladekondensator C1 kann über einen parallelgeschalteten Lastwiderstand 1 entladen werden.
• In gleicher Weise weist der zweite Ladekreis eine Diode D2, einen hierzu in Reihe geschalteten Schalter S2 sowie einen Kondensator C2 auf, der einerseits an den Schalter S2 und andererseits an Masse angeschlossen ist. Ober dem Kondensator C2 bildet sich eine Spannung U2 und ein Lastwiderstand RL2 entlädt den Kondensator C2.
• Es sei davon ausgegangen, daß die Spannung ULigrößer als die Spannung Ul sei. Zwei Komparatoren bzw. Uberwachungsschaltungen K1 und K2 sind an die Kondensatoren C1 und C2 angeschlossen und überwachen deren Spannungen U1 und U2 in der Weise, daß sie ein L-Ausgangssignal immer dann er- zeugen, wenn die Spannung U1 bzw. U2 unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren K1 und K2 werden über ein ODER-Gatter OG verknüpft und steuern den Oszillator OS an, so daß dieser immer schwingt, Iwenn einer der beiden Komparatoren K1 bzw. K2 ein L-Ausgangssignal liefert. Ferner ist das Ausgangssignal des Komparators K1 auf den Schalter S1 geführt und das Ausgangssignal des Komparators K2 ist auf den Schalter S2 geführt. Die L-Ausgangssignale der Komparatoren K1 bzw. K2 bewirken daher ein Schließen der Schalter S1 bzw. S2. Der Schalter S2 kann in dem Fall entfallen, die Erhöhung der niedrigeren Spannung U1 Vorrang genießt. Bei geschlossenem Schalter S1 fließt ohnehin kein Strom über die Diode D2, wenn U2 größer als U1 ist.
• Wenn beide Kanparatoren K1 und K2 ein Nachladen der von ihnen überwachten Spannungen U1 und U2 anfordern, so sind beide Schalter S1 und S2 geschlossen. Da vereinbarungsgemäß aber U1 kleiner als U2 sein soll, wird der Kondensator C1 vorrangig nachgeladen. Erst wenn der Kondensator C1 seine vorbestimmte Spannung U1 erreicht hat, wird über den Kanparator K1 der Schalter S1 aufgetrennt, so daß danach der Kondensator C2 nachgeladen werden kann. Will man der höheren Spannung U2 Vorrang geben, so kann dies durch eine einfache Logikschaltung G berücksichtigt werden. Diese Logikschaltung ist gestrichelt eingezeichnet und umfaßt einen Inverter N, der das Ausgangssignal des Komparators K2 negiert sowie ein UND Gatter U, dem das Ausgangssignal des Komparators K1 und das negierte Ausgangs signal des KomparatorS K2 zugeführt wird. Betätigt man mit dem Ausgangssignal des UND-Gatters U den Schalter S1, so kann dieser nur geschlossen werden, wenn das Ausgangssignal des Kapparators K2 nicht vorliegt und scanit der Schalter S2 geöffnet ist. Die direkte Beeinflussung des Schalters S1 durch den Komparator K1 muß in diesem Fall unterbunden werden. Dies kann durch Entfernen der dargestellten Brücke geschehen.
• Anhand des Signaldiagrammes gemäß Figur 2 sei nachfolgend die Funktion des Gleichspannungswandlers gemäß Figur 1 erläutert. Für die Funktion des C,leichspannungswandlers ist von Bedeutung, daß die von dem Sperrwandler erzeugte Energie groß ist im Verhältnis zu der von den Lasten RL1 und E 2 verbrauchten Energie. Nur in diesem. Fall ist sichergestellt, daß zwischen den Nachladungszeiten Pausenzeiten entstehen.
• Man erkennt aus Figur 2, daß immer dann, wenn die Spannung U1 bzw. U2 über dem Kondensator Cl bzw. C2 unter einen durch den Komparator K1 bzw. K2 vorgegebenen Schwellwert absinkt, der Oszillator OS gestartet wird und eine Nachladung des entsprechenden Kondensators, d.h.
• eine Erhöhung der Spannung Ul bzw. U2 bewirkt. Normalerweise erfolgt die Nachladung der Kondensatoren C1 bzw.
• C2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Es kann aber geschehen, daß beide Komparatoren K1 bzw. K2 zur gleichen Zeit eine Erhöhung der von ihnen überwachten Spannung anfordern. Dies ist beispielsweise in dem Zeitintervall zwischen t8 und tg der Fall. In diesem Fall ist die Erhöhung der kleineren Spannung U1 vorrangig und mit der Erhöhung der größeren Spannung U2 kann erst begonnen werden, wenn die kleine Spannung U1 erhöht worden ist.
• Will man dies vermeiden, so muß man die in Figur 1 gestrichelt dargestellte Logikschaltung G vorsehen. Es liegt jedoch auf der Hand, daß in diesem Fall zwar die größere Spannung U2 vorrangig erhöht wird, daß aber im Fall der Uberlappung eine Erhöhung der niedrigeren Spannung U1 erst dann erfolgen kann, wenn die Erhöhung der höheren Spannung beendet ist.
• Es liegt auf der Hand, daß das erfindungsgemäße Schaltungsprinzip nicht auf die Erzeugung von zwei geregelten Spannungen begrenzt ist. Auch bei mehr als zwei zu erzeugenden Spannungen kann von dem Multiplexbetrieb Gebrauch gemacht werden, bei dem ein jeweils die Spannung überwachender Komparator den Oszillator und damit den Sperrwandler sowie gleichzeitig einen Schalter im zugeordneten Ladekreis betätigt.

Claims (3)

2. patentansprüche: .Gleichspannungswandler nach dem Sperrwandlerprinzip mit einer an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Spule, einem von einem Oszillator betätigten Schalter in Reihe zu der SpuIe, einem über eine Diode an die Spule angeschlossenen Ladekondensator und einer Schaltungsanordnung zur Uberwachung der Spannung des Ladekondensators, um den Oszillator zu starten, wenn die Ladespannung unter einen vorbestimmten wert fällt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß mindestens zwei über je eine Diode (Di, D2) an die Spule (L) angeschlossene auf unterschiedliche Spannungen auf zuladende Ladekondensatoren (C1, C2) angeordnet sind, daß jedem Ladekondensator eine seine Spannung überwachende Uberwachungsschaltung (K1, K2) zugeordnet ist, daß alle Uberwachungsschaltungen auf den Oszillator (0) einwirken und daß außer in dem Ladeschaltkreis für die höchste Spannung in jedem Ladeschaltkreis Schalter (S1, S2) angeordnet sind, die von den zugeordneten Uberwachungsschaltungen (K1, K2) gesteuert werden 2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h Schalter (S1, S2) in jedem Ladeschaltkreis und durch eine Logikschaltung (G; N, U) zur vorrangigen Betätigung des für die Aufladung der höheren Spannung (U2) verantwortlichen Schalters (S2) in dem Fall, wo beide Uberwachungsschaltkreise (K1, K2) eine Schalterbetätigung anfordern.
3. 3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die von dem Wandler zur Aufladung der Ladekondensatoren (C1, C2) gelieferte Energie wesentlich größer als die durch angeschlossene Lasten (RL1" RL2) verbrauchte Energie ist.