DE3341767A1

DE3341767A1 - Voltage on-off controller

Info

Publication number: DE3341767A1
Application number: DE19833341767
Authority: DE
Inventors: Hector Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Mahecha-Ordonez
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1983-11-18
Publication date: 1985-05-30

Abstract

In a voltage on-off controller (SSR), an input DC voltage (UE) is switched as a function of clock signals from a controller (R). In this case, the potential at the output of the switch (S1) alternates between the positive potential of the input DC voltage (UE) and a potential which is slightly negative with respect to a reference potential. The alternating potentials are converted by a voltage invertor (SI) into an output DC voltage (UA2), which is inverse with respect to the input DC voltage (UE). There is no need for a separate clock stage for the voltage invertor (SI) in this circuit. <IMAGE>

Description

SpannunasschaltreqlerVoltage switch regulator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsschaltregler zum Herabsetzen einer Eingangsgleichspannung auf eine vorgegebene Ausgangsgleichsspannung, wobei ein gegen ein Bezugspotential positives Potential führender Pol des Eingangs an einen steuerbaren Schalter geführt ist, dem eine Drossel und eine an den zweiten, das Bezugspotential führenden Pol des Eingangs führender erster Kondensator in Reihe nachgeschaltet sind, wobei parallel zum die Ausgangsgleichspannung führenden ersten Kondensator eine erste ohmsche Last schaltbar ist, wobei parallel zur Reihenschaltung aus Drossel und erstem Kondensator eine erste Diode geschaltet ist, deren Anode mit dem Bezugspotential beaufschlagt ist, und wobei das Betätigen des Schalters über einen Umsetzer in einem durch die Größe der Ausgangsgleichspannung vorgegebenen Takt erfolgt.The invention relates to a voltage switching regulator for stepping down a DC input voltage to a predetermined DC output voltage, wherein a pole of the input that leads to a potential positive reference potential a controllable switch is performed, to which a throttle and one to the second, the pole leading to the reference potential of the input leading first capacitor in series are connected downstream, in parallel with the first leading to the output DC voltage Capacitor a first ohmic load can be switched, in parallel to the series connection a first diode is connected from the choke and the first capacitor, the anode of which is applied to the reference potential, and the actuation of the switch Via a converter in a given by the size of the output DC voltage Clock takes place.

Derartige Schaltregler sind beispielsweise aus "U.Tietze, Ch.Schenk; Halbleiter-Schaltungstechnik; Springer-Verlag 1980; Kapitel 16.5.1" bekannt. Bei komplexen elektrischen Schaltungen ist häufig nicht nur eine geregelte, sondern auch eine zu dieser inverse Gleichspannung erforderlich.Such switching regulators are, for example, from "U.Tietze, Ch.Schenk; Semiconductor circuit technology; Springer-Verlag 1980; Chapter 16.5.1 "known. At complex electrical circuits are often not just regulated, but a direct voltage inverse to this is also required.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannungsschaltregler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit diesem auch eine Spannungsinversion durchgeführt werden kann, wobei der technische Aufwand insbesondere dadurch gering gehalten werden soll, indem keine zusätzliche Spannungsquelle verwendet wird.The object of the invention is to provide a voltage switching regulator of the initially called type so that a voltage inversion is also carried out with this can be, the technical effort being kept low in particular by not using an additional voltage source.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an die Kathode der ersten Diode der Anschluß eines zweiten Kondensators geführt ist, dessen zweiter Anschluß an die Anode einer zweiten Diode und die Kathode einer dritten Diode geschaltet ist, daß die Kathode der zweiten Diode mit dem Bezugspotential beaufschlagt ist, daß die Anode der dritten Diode mit einem ersten Anschluß eines dritten Kondensators verbunden ist, dessen zweiter Anschluß mit dem Bezugspotential beaufschlagt ist, und daß parallel zum dritten Kondensator eine zweite ohmsche Last schaltbar ist.According to the invention, this object is achieved in that to the Cathode of the first diode, the connection of a second capacitor is performed, whose second connection to the anode of a second diode and the cathode of a third Diode is connected that the cathode of the second diode with the reference potential is applied that the anode of the third diode with a first terminal of a third capacitor is connected, the second terminal of which is connected to the reference potential is applied, and that a second ohmic load in parallel with the third capacitor is switchable.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kathode der ersten Diode und den ersten Anschluß des zweiten Kondensators ein ohmscher Widerstand eingefügt ist. Dieser ohmsche Widerstand stellt zusammen mit dem zweiten Kondensator eine Träger-Speicher-Effekt (TSE)-Beschaltung für die erste Diode dar.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that that between the cathode of the first diode and the first terminal of the second capacitor an ohmic resistor is inserted. This ohmic resistance puts together with the second capacitor a carrier-memory-effect (TSE) circuit for the first diode.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.

Dabei zeigen: Fig. 1 eine durch Stand der Technik nahegelegte Ausbildung des bekannten, um die Möglichkeit einer Spannungsinversion erweiterten Schaltreglers und Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Schaltregler.1 shows an embodiment suggested by the prior art of the well-known switching regulator expanded to include the possibility of voltage inversion and FIG. 2 shows a switching regulator according to the invention.

Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt in ihrem durch eine gestrichelte Linie hervorgehobenen oberen Abschnitt einen Spannungsschaltregler SSR, der dazu dient, eine durch einen Pfeil angedeutete, gegenüber Bezugspotential, z.B. Erdpotential, vorliegende Eingangsgleichspannung UE auf eine Ausgangsspannung UA1 (ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet) herabzuregeln. Der Spannungsschaltregler SSR weist dazu einen abhängig von der Größe der Ausgangsgleichspannung UA1 über einen als Umsetzer vorgesehenen Regler R mit eingeprägtem Soll-Wert für die Ausgangsgleichspannung UA1 getakteten Schalter S1 auf. Über diesen Schalter S1 gelangt bei dessen geschlossenem Zustand das positive Potential der Eingangsgleichspannung UE über eine Drossel L an einen Kondensator Cl. Bei geöffnetem Schalter wird über eine Diode D1 der Stromfluß aufrechterhalten. Parallel zum Kondensator C1 ist eine erste ohmsche Last R1 vorgesehen. Änderungen des Wertes dieser ohmschen Last R1 führen über den Regler R zu Änderungen des Impuls-Pausen-Verhältnisses des den Schalter S1 steuernden Signals.The illustration according to FIG. 1 shows in its by a dashed line Line highlighted upper section a voltage switching regulator SSR, which does this is used, a reference potential, e.g. earth potential, indicated by an arrow, existing DC input voltage UE to an output voltage UA1 (also through indicated by an arrow). The voltage switching regulator SSR has to one depending on the size of the DC output voltage UA1 via one as a converter provided controller R with impressed setpoint value for the output DC voltage UA1 clocked switch S1. This switch S1 is used when it is closed State the positive potential of the DC input voltage UE via a choke L. to a capacitor Cl. When the switch is open, the current flows through a diode D1 maintain. A first ohmic load R1 is provided in parallel with the capacitor C1. Changes in the value of this ohmic load R1 lead to changes via the controller R. the pulse-pause ratio of the signal controlling switch S1.

Im unteren Teil der Darstellung gemäß Fig.1 ist ein Spannungsinverter SI gezeigt, der ebenfalls von der Eingangsgleichspannung UE gespeist wird. Der Spannungsinverter SI entspricht prinzipiell demjenigen, wie er aus "Elektronik 14/1981, S.76, Bild 1" bekannt ist.In the lower part of the illustration according to FIG. 1 there is a voltage inverter SI shown, which is also fed by the input DC voltage UE. The voltage inverter SI corresponds in principle to the one from "Elektronik 14/1981, p.76, Fig 1 "is known.

Dabei wird einem Kondensator C2 abwechselnd das positive Potential der Eingangsgleichspannung UE und das Bezugspotential im Takt eines Oszillators 0 zugeführt. Die Zuführung erfolgt über einen vom Oszillator 0 gesteuerten Umschalter S2. Solange positives Potential dem Kondensator C2 zugeführt wird, lädt sich der Kondensator C2 über eine Diode D2 auf. Beim Zuführen von Bezugspotential gibt der Kondensator C2 einen Teil seiner Ladung über eine Diode D3 an einen Kondensator C3 ab. Am Verbindungspunkt des Kondensators C3 und der Diode D3 ergibt sich damit eine gegenüber dem Bezugspotential negative Spannung UA2, die dem Betrag nach annäherend so groß wie die Spannung UE ist, vermindert um die Schwellspannungen der Dioden D2 und D3.In this case, a capacitor C2 alternately has the positive potential the input DC voltage UE and the reference potential in the cycle of an oscillator 0 supplied. The supply takes place via a switch controlled by oscillator 0 S2. As long as positive potential is fed to capacitor C2, it charges Capacitor C2 through a diode D2. When the reference potential is supplied, the Capacitor C2 transfers part of its charge to a capacitor via a diode D3 C3 off. At the junction of the capacitor C3 and the diode D3 this results a negative voltage UA2 with respect to the reference potential, which approximates the magnitude as large as the voltage UE, reduced by the threshold voltages of the diodes D2 and D3.

In der Darstellung gemäß Fig.2 ist eine aus der Schaltung nach Fig.1 entwickelten Schaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Gleiche Elemente und gleiche Spannungen wie in der Darstellung nach Fig.1 sind in der Darstellung gemäß Fig.2 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im folgenden soll nur auf die Unterschiede zwischen den Schaltungen der Fig.1 und Fig.2 eingegangen werden.In the illustration according to FIG. 2 there is one from the circuit according to FIG developed circuit according to the invention. Same elements and same Stresses as in the illustration according to FIG. 1 are shown in the illustration according to FIG provided with the same reference numerals. The following is only intended to focus on the differences between the circuits of Fig.1 and Fig.2 are entered.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß im Fall einer gegenüber der ohmschen Last R1 relativ hochohmigen Last R2 das Aufladen des Kondensators C2 innerhalb eines verhältnismäßig großen Toleranzbereiches des Puls-Pausen-Verhältnisses der Taktfrequenz des Oszillators O (Fig.1) erfolgen kann. Ferner ist erkannt worden, daß an der Kathode der Diode D1 (Fig.1) das Potential in einem durch den Regler bestimmten Takt ähnlicher Frequenz wie der des Oszillators 0 zwischen dem Wert der positiven Eingangsgleichspannung UE und dem um die Schwellwertspannung verminderten Wert der Bezugsspannung wechselt.The invention is based on the knowledge that in the case of an opposite the ohmic load R1 relatively high-resistance load R2 charging the capacitor C2 within a relatively large tolerance range of the pulse-pause ratio the clock frequency of the oscillator O (Fig.1) can be done. It has also been recognized that at the cathode of the diode D1 (Fig.1) the potential in a through the regulator certain clock of similar frequency as that of the oscillator 0 between the value of the positive DC input voltage UE and the one reduced by the threshold voltage The value of the reference voltage changes.

Daher wird bei der Erfindung der Kondensator C2 nicht über einen gesonderten Oszillator und einem speziellen Umschalter abwechselnd mit dem positiven Potential der Eingangsgleichspannung UE und dem Bezugspotential beaufschlagt, sondern dem Kondensator C2 wird über einen Widerstand R3 das an der Kathode der Diode D1 vorliegende Potential zugeleitet. Die Tatsache, daß bei geöffnetem Schalter S1 anstelle des Potentials der Bezugsspannung ein dieser gegenüber um die Größe der Schwellwertspannung der Diode D1 negatives Potential vorliegt, führt dabei zu einer Vergrößerung der negativen Spannung UA an der ohmschen Last R2 um eben den Wert dieser Schwellwertspannung.Therefore, in the invention, the capacitor C2 does not have a separate Oscillator and a special switch alternating with the positive potential applied to the DC input voltage UE and the reference potential, but to the Capacitor C2 becomes that present at the cathode of diode D1 via a resistor R3 Potential supplied. The fact that with the switch S1 open instead of the Potential of the reference voltage compared to this by the size of the threshold voltage the diode D1 has a negative potential, leads to an increase in the negative voltage UA at the resistive load R2 by the value of this threshold voltage.

Der Widerstand R3 begrenzt zum einen den Ladestrom und den Entladestrom des Kondensators C2, zum anderen stellt die Reihenschaltung des Widerstandes R3, des Kondensators C2 und der Diode D2 gleichzeitig auch eine Träger-Speicher-Effekt (TSE)-Beschaltung für die Diode Dl dar, die eines derartigen Schutzes bei relativ großen Strömen aufgrund einer kleinen ohmschen Last R1 durchaus bedarf. Ferner wird durch die Reihenschaltung eine Dämpfung von beim Schalten des Schalters S1 entstehenden hochfrequenten Störsignalen erreicht.On the one hand, resistor R3 limits the charging current and the discharging current of the capacitor C2, on the other hand the series connection of the resistor R3, of capacitor C2 and the diode D2 at the same time also has a carrier-memory effect (TSE) circuit for the diode Dl, such a protection at relatively large currents due to a small ohmic load R1 is definitely required. Furthermore, the series connection results in attenuation of the switching of the switch S1 Reached high-frequency interference signals.

2 Patentansprüche 2 Figuren2 claims 2 figures

Claims

Voltage switching regulator for reducing a DC input voltage to a specified DC output voltage, one against a reference potential positive potential leading pole of the input led to a controllable switch is, the one choke and one to the second, the reference potential leading pole the input leading first capacitor are connected in series, being in parallel a first ohmic load to the first capacitor carrying the DC output voltage is switchable, being parallel to the series connection of choke and first capacitor a first diode is connected, the anode of which has the reference potential applied to it is, and wherein the actuation of the switch via a converter in one by the Size of the DC output voltage predetermined cycle takes place, d u r c h g e k It is noted that to the cathode of the first diode (D1) the connection of a second capacitor (C2) is performed, the second connection to the anode of a second diode (D2) and the cathode of a third diode (D3) is connected that the cathode of the second diode (D2) has the reference potential applied to it, that the anode of the third diodes (D3) with a first connection of a third capacitor (C3) is connected, the second terminal of which has the reference potential applied to it is, and that in parallel with the third capacitor (C3) a second ohmic load (R2) is switchable.

2. Switching voltage regulator according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that between the cathode of the first diode (Di) and the first Connection of the second capacitor (C2) an ohmic resistor (R3) inserted l.st.