DE3411912C2

DE3411912C2 -

Info

Publication number: DE3411912C2
Application number: DE3411912A
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Majima; Atsushi Yokohama Kanagawa Jp Ogawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1988-06-09
Also published as: GB2137443B; GB2137443A; GB8408425D0; DE3411912A1; US4598244A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler (Durch flußwandler) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein Gleichspannungswandler dieser Art, bei der das Transi storschaltelement durch eine pnp-Transistor gebildet ist, ist aus der GB-PS 10 47 133 bekannt. Die Steuerelektrode, nämlich die Basis dieses Transistors ist durch eine Zusatzwicklung einer Induktivität vorgespannt. Induktivitäten sind jedoch ziemlich kostspielig und haben außerdem hohe Leistungsver luste.

Ausgehend hiervon ist es Ausgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleichspannungswandler der bekannten Art so weiterzu bilden, daß, insbesondere zur Vermeidung von weiteren Lei stungsverlusten, auf zusätzliche Wicklungen verzichtet wer den kann.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruches gelöst.

Dabei wird Nutzen aus der Tatsache gezogen, daß ein Kondensa tor kleiner und billiger ist als eine Induktivität und darüber hinaus geringere Leistungsverluste als Induktivitäten und sehr viel geringere Leistungsverluste als Widerstände besitzt. Da bei wird eine Lösung angegeben, die relativ geringen schal tungstechischen Aufwand besitzt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Gleihspannungswandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 Signalverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gleichspannungswandlers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbei spiels der Erfindung. Eine Last 10, eine Speicherinduktivi tät 12 und ein durch einen schaltenden Transistor gebildetes Längsschaltelement 14 sind reihengeschaltet, und zwar parallel zu einer Stromversorgung 16, die eine vorgegebene ungere gelte Gleichspannung Vcc abgibt. Die Last 10 ist an einem Ende mit einem Anschluß 18 der Stromversorgung 16 verbunden. Das Längsschaltelement 14 ist an einem Ende mit dem andern An schluß 20 der Stromversorgung 16 oder einem Bezugspotential- Anschluß verbunden. Die Speicherinduktivität 12 bildet zusam men mit einem ersten Kondensator 24 eine Glättungsschaltung 22 für den durch die Last 10 fließenden Strom, wobei der Glät tungskondensator 24 zwischen dem Stromversorgungsanschluß 18 und dem Verbindungspunkt 26 zwischen Speicherinduktivität 12 und Last 10 angeschlossenist, d. h., daß der Glättungskonden sator 24 parallel zur Last 10 angeschlossen ist. Ein Tran sistor 34 als Transistorschaltelement ist zwischen dem Strom versorgungsanschluß 18 und dem Verbindungspunkt 30 zwischen der Speicherinduktivität 12 und dem Längsschaltelement 14 (nämlich dem Kollektoranschluß des diesen bildenden Schalt transistors) angeschlossen. Der Transistor 34 ist in Sper richtung mit einer Vorspannung beaufschlagt in bezug auf die Polarität der Versorgungsspannung Vcc. Der Transistor 34 ist parallel zur Reihenschaltung aus Last 10 und Speicherinduk tivität 12 geschaltet. Der Ausgangsanschluß, nämlich die Basis des Längsschaltelements 14 ist mit einer vorgegebenen schal tenden Signalquelle 32 verbunden. Die Vorspannungsschaltung 36 für die Vorspannung an der Steuerelektrode, nämlich der Basis des Transistors 34, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch einen Widerstand 38 und einen Kondensator 40 ge bildet, die zwischen dem Stromversorgungsanschluß 18 und dem Verbindungspunkt 30 reihengeschaltet sind. Die Steuerelektrode, nämlich die Basis des Transistors 34, ist mit dem Verbindungs punkt 42 zwischen dem Widerstand 38 und dem Kondensator 40 verbunden, und zwar über einen weiteren Widerstand 44.

Im folgenden wird die Arbeitsweise erläutert.

Es sei angenommen, daß das Längsschaltelement 14 von einem Impulssignal an dessen Steueran schluß von der Signalquelle 32 beaufschlagt wird, so daß die ser gesperrt bzw. durchgeschaltet wird, und zwar mit der Fre quenz dieses schaltenden Impulssignals. Bei durchgeschalte tem Längsschaltelement 14 fließt Strom durch die Speicherin duktivität 12. Die Speicherinduktivität 12 speichert daher Energie und der Kondensator 40 wird mit Energie aufgeladen. Der Ladestrom fließt auch durch den Wider stand 38. In dem Augenblick, in dem das Längsschaltelement 14 gesperrt wird, wird der durch die Reihenschaltung aus Last 10, Speicherinduktivität 12 und Längsschaltelement 14 fließende Strom unterbrochen. Die in der Speicherinduktivität 12 gespei cherte induktive Energie bewirkt in diesem Augenblick das Auf treten einer Hochspannung V _L (Fig. 2), und zwar als induktiver Stromstoß an den Anschlüssen der Speicherinduktivität 12.

Da diese induzierte Hochspannung V _L so gepolt ist, daß sie sich zur Versorgungsspannung Vcc hinzuaddiert, wird das Poten tial am Verbindungspunkt 30 höher als die Versorgungsspannung Vcc, was in Fig. 2 durch Strichlinien dargestellt ist. Die Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors 34 erhält daher eine Spannung in Flußrichtung. Ferner liegt diese Spannung am Kondensator 40. Der Kondensator 40 wirkt also als Bootstrap-Kondensator. Das Potential am Verbindungspunkt 42 steigt daher über die Versorgungsspannung Vcc hinaus. Somit liegt die Steuerelektrode, nämlich die Basis des Transistors 34, an einer in Flußrichtung gerichteten Ba sisvorspannung die zum Durchschalten des Transistors aus reichend hoch ist, und zwar aufgrund der Bootstrap-Spannung am Kondensator 40. Der Transistor 34 schaltet durch. Der Transistor 34 bewirkt daher einen auf diesem induktiven Stoß beruhenden Strom, der durch die Last 10 fließt, während das Längsschaltelement 14 geperrt ist.

Da der Transistor 34 in Sättigung kommt, sobald er leitend wird, hat die Kollektor/Emitter-Spannung V _CE einen Wert von ungefähr 0,2 V. Dies gilt für den Sättigungszustand wie das in Figur durch Strichlinien angegeben ist. Diese geringe Spannung von etwa 0,2 V führt zu wesentlich kleineren Verlusten als bei bisher bekannten Gleichspannungswandlern, die andere Bauele mente verwenden. Daher hat der so ausgebildete Gleichspan nungswandler hohen Wirkungsgrad bei niedrigen Spannungen und ist daher speziell für integrierte Schaltungen geeignet.

Fig. 3 zeigt ein gegenüber Fig. 1 geändertes Ausführungs beispiel. Der Vorspannungskreis 36 für die Steuerelektrode des Transistors 34 liegt parallel zur Speicherinduktivi tät 12. Damit fließt der den Kondensator 40 aufladende Strom durch die Last 10, während das Längsschaltelement 14 durchge schaltet ist. Hierdurch wird der Ladestrom als Teil des Last stromes verwendet. Der Wirkungsgrad bezüglich des Leistungs verbrauches ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weiter verbessert.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung gemäß Fig. 3. In Fig. 4 ist der Widerstand 38 der Fig. 3 durch eine Diode 46 ersetzt. Die Diode 46 ist in Flußrichtung, bezogen auf die Polarität der Versorgungsspannung Vcc vorgespannt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird praktisch der gesamte Entladestrom des Kondensators 40 als Steuerelektrodenstrom (Basisstrom) dem Transistor 34 zugeführt, und zwar ohne Streuung durch die Diode 46. Hierdurch wird der Leistungsverlust des Kondensators 40 auf einen niedrigen Wert begrenzt.

Claims

Gleichspannungswandler (Durchflußwandler) mit Längsschalt element, Speicherinduktivität und Glättungskondensator, bei dem der Freilaufzweig durch ein Transistorschaltele ment gebildet ist, dessen seinen Schaltzustand bestimmende Steuerelektrodenspannung von der Spannung am Verbindungs punkt von Längselement, Speicherinduktivität und Frei laufzweig abhängig ist, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Verbindungspunkt (30) und der Steuer elektrode des Transistorschaltelements (34) geschalteten Kondensator (40) und durch die Diode (46) oder einen Widerstand (38), welche(r) die Steuerelektrode mit dem dem Längsschaltelement (14) abgewandten Eingangsanschluß des Gleichspannungswandlers oder mit dem lastseitigen Ende der Speicherinduktivität (12) verbindet.