DE3420583A1

DE3420583A1 - Secondary switched-mode power supply

Info

Publication number: DE3420583A1
Application number: DE19843420583
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. 8000 München Hoffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3420583C2

Abstract

The invention relates to a secondary switched-mode power supply, also called a DC/DC voltage converter, characterised in that an astable multivibrator having an adjustable pulse width and a voltage-dependent frequency is used to produce the switching voltage for the switching transistor. Integrated modules which have become known in the past for producing the switching voltage use the functionally dependent residual ripple of the output voltage for controlling the switching transistor. Their accuracy is thus limited and they are unsuitable for specific applications, such as transmission technology. The method proposed here for controlling the switching transistor manages without the functionally dependent residual ripple of the output voltage. It therefore creates the precondition of being able to make the residual ripple as small as desired by suitable dimensioning of the components. In consequence, secondary switched-mode power supplies can also be used as a power supply where they were previously unsuitable, because of their poor accuracy.

Description

Sekundär-SchaltnetzteilSecondary switching power supply

Die Erfindung betrifft ein Sekundärschaltnetzteil, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern des Schaltertransistors ein astabiler Multivibrator mit einstellbarer Pulsweite und spannungabhängiger frequenz verwendet wird.The invention relates to a secondary switched-mode power supply, characterized in that that to control the switch transistor an astable multivibrator with adjustable Pulse width and voltage-dependent frequency is used.

Am Beispiel eines positiven abwärts regelnden Schaltnetzteils (Ua < Ue) im Folgenden alich Schaltregler oder Regler genannt, wird die Erfindung erläutert.Using the example of a positive, downward-regulating switched-mode power supply (Ua The invention is referred to below as a switching regulator or regulator explained.

Die Aufgabe eines Netzteils ist es, für die Versorgung von Verbrauchern, unabhängig von der Last und Eingangsspannung, eine konstante Ausgangsspannung zu liefern.The task of a power supply unit is to supply consumers, regardless of the load and input voltage, a constant output voltage too deliver.

Die Arbeitsweise eines Sekundärschaltnetzteils ist in rig. 1 dargestellt. Der PNP-Transistor T1 dient als elektronischer Schalter. Der PNP-Transistor T2 ist mit T1 in der Darlington-Schaltung verbunden und hat die Aufgabe, den erforderlichen Basisstrom für T1 zu liefern bei hohen Lasten.Die Schaltspannung Utr wirkt daher auf die Basis von T2.The operation of a secondary switched-mode power supply is in rig. 1 shown. The PNP transistor T1 serves as an electronic switch. The PNP transistor T2 is connected to T1 in the Darlington pair and has the task of providing the required Base current for T1 to be supplied at high loads. The switching voltage Utr is therefore effective on the basis of T2.

Während der Einschaltphase t1 nimmt die Speicherdrossel L Energie auf und gibt sie während der Ausschaltphase t2 ab.During the switch-on phase t1, the storage choke L takes energy and releases it during the switch-off phase t2.

Der Kondensator C glättet die Ausgangsspannung. Die LC-Kombi nation wirkt also als ein einfacher Tiefpaß. Die Diode l) sorgt dafür, daß während der Ausschaltphase am Kollektor von T1 keine negativen Spannungsspitzen entstehen können.The capacitor C smooths the output voltage. The LC combination thus acts as a simple low-pass filter. The diode l) ensures that during the Switch-off phase at the collector of T1, no negative voltage peaks can occur.

Aufgrund des Satzes von der Erhaltung der Energie gilt es: Es geht aus (1) hervor'daß der mittlere Ausgangsstrom 1a umgekehrt proportional m Spannungsverhältnis Ue/Ua ist.Based on the principle of conservation of energy, the following applies: It emerges from (1) that the mean output current 1a is inversely proportional to the voltage ratio Ue / Ua.

Dadurch ist der hohe Wirkungsgrad eines Schaltreglers zu erklären.Im Idealfall hätte er den Wirkungsgrad 1.Mit heutigen Bauelemente ist ein Wirkungsgrad von über 80 % ohne Weiteres realisierbar.This explains the high efficiency of a switching regulator Ideally, it would have an efficiency level of 1. With today's components, there is an efficiency level of over 80% can be realized without further ado.

Der typische Strom- und Spannungsverlauf an einem Schaltregler ist in der Fig. 2 dargestellt.The typical current and voltage curve on a switching regulator is shown in FIG.

Daraus geht hervor,daß der Mittelwert des- Ausgangsstroms Ia einen Wert, der nach C1) wie folgt angegeben wird: nicht unterschreiten sollte, falls die richtige Funktion des Schaltreglers gewährleistet werden soll. Damit kann man die erforderliche Induktivität L der Speicherdrossel wie folgt berechren: r? Wie man der Fig. 2 entnehmeii kann,ist für eien Schaltregler eine Restwelligkeit ##Ua typisch. Sie ist nach [1] gegeben als: Zur Erzeugung der Schaltspannung Utr sind integrierte Schaltkreise bekannt geworden, die man als Spannungskomparator mit Hysteresis bezeichnen könnte. Typische Ausführungsbeispiele sind LM723, UA74S80, LM105 und LM305. Die äußere Beschaltung eines solchen Schaltkreises ist in der Fig. 3 dargestellt.From this it can be seen that the mean value of the output current Ia has a value which is specified according to C1) as follows: should not fall below if the correct function of the switching regulator is to be guaranteed. This allows the required inductance L of the storage choke to be calculated as follows: r? As can be seen from FIG. 2, a residual ripple ## Ua is typical for a switching regulator. According to [1] it is given as: Integrated circuits have become known for generating the switching voltage Utr, which could be referred to as a voltage comparator with hysteresis. Typical embodiments are LM723, UA74S80, LM105 and LM305. The external wiring of such a circuit is shown in FIG.

Durch den Spannungsteiler R3/R4 wird die Spannung am Kollektor von T1 und die Ausgangsspannung an einem Kornparator verglichen. ist die Ausgangsspannung unterhalb der Einschaltschwelle Ua-#Ua, wird T leitend.Ist die Ausschaltschwelle Ua+#Ua erreicht, wird der Transistor T1 gesperrt.The voltage at the collector of T1 and the output voltage on a comparator compared. is the output voltage below the switch-on threshold Ua- # Ua, T becomes conductive. Is the switch-off threshold Ua + # Ua reached, the transistor T1 is blocked.

Das Spiel wiederholt sich laufend, der Regler schwingt.The game repeats itself continuously, the controller swings.

Daraus geht aber hervor, daß man die Restwelligkeit #Ua nicht beliebig klein machen kann indem man z.B. die Kapazität C ausreichend groß macht. In diesem Falle würde der Schaltregler unregelmäßig schwingen oder seine Funktion überhaupt einstellen. Aus diesem Grunde sind bekanntgewordene Schaltregler betreffend Genauigkeit gegenüber einem linearen Regler benachteiligt. Eine Restwelligkeit von 30 mY55 ist typisch für den Schaltregler in Fig. 3.Oft versucht man den Nachteil dadurch auszugleichen'daß der schaltregler als Vorregler für einen linearen Regler arbeitet. Dadurch aber geht der Vorteil eines Schaltreglers, der hohe Wirkungsgrad teilweise verloren.From this it follows, however, that the residual ripple #Ua is not arbitrary can be made small by e.g. making the capacity C sufficiently large. In this In the event of this, the switching regulator would oscillate irregularly or its function at all to adjust. For this reason, switching regulators that have become known are related to accuracy disadvantaged compared to a linear controller. A ripple of 30 mY55 is Typical for the switching regulator in Fig. 3, one tries to compensate for the disadvantage by doing this the switching regulator works as a pre-regulator for a linear regulator. But because of that the advantage of a switching regulator, the high efficiency is partly lost.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sekundär-Schaltnetzteil derart vorzugeben, daß die Restwelligkeit der Ausgangsspannung beliebig klein gemacht werden kann, ohne die Funktion des Schaitnetzteils zu beeintrtichtigen.The invention is therefore based on the object of a secondary switched-mode power supply to be specified in such a way that the residual ripple of the output voltage is made arbitrarily small without affecting the function of the switching power supply.

Erfindungsgemäß wird Aufgabe dadurch gelöst, daß man zur Erzeugung der Schaltspannung Utr einen astabilen Multivibrator mit einstellbarer Pulsweite und spannungsabhängiger Frequenz verwendet.According to the invention, the object is achieved in that one for the generation the switching voltage Utr an astable multivibrator with adjustable pulse width and voltage-dependent frequency is used.

In der Fig. 4 ist eine ausgeführte Schaltung zur Erzeugung der Schaltspannung Utr dargestellt. Die Pulsweite, entspricht der Einschaltzeit t1, kann durch das Potentiometer P1 eingestellt werden, während die Frequenz durch die Stellspannung Ust verändert werden kann. Die Betriebspannung der Schaltung Ub ist zugleich die Versorgungsspannung der Operationsverstärker. auf diese Weise kann das Tastverhältnis t1/(t1+t2) zwischen 0 und 0,8 kontinuerlich verändert werden.4 shows an executed circuit for generating the switching voltage Utr shown. The pulse width, which corresponds to the switch-on time t1, can be controlled by the Potentiometer P1 can be adjusted while the frequency is controlled by the control voltage Ust can be changed. The operating voltage of the circuit Ub is also the Supply voltage of the operational amplifier. this way the duty cycle t1 / (t1 + t2) can be changed continuously between 0 and 0.8.

Diese Schaltung eignet sich hervorragend zur Regelung der Ausgangsspannung Ua. Man kann eine Differenz zwischen und einer Referenzspannung Uref bilden und diese an den Eingang eines invertierenden Integrators leiten. Am Ausgang der, Integrators erhält man dann die gewünschte Steuerspannung für den astabilen Multivibrator. Ust wird solange vercindert, bis die Differenz Ua-Uref Null wird.This circuit is ideal for regulating the output voltage A.o. A difference between and a reference voltage Uref can be formed and route these to the input of an inverting integrator. At the output of the, integrators the desired control voltage for the astable multivibrator is then obtained. VAT is reduced until the difference Ua-Uref is zero.

In der Fig. 4 ist Tr3 ein n-Kanal-Anreicherungs-MOSFET und wirkt zusammen mit R1 als spannungsabhängiger Spannungsteiler Tr4 und Dr5 halbieren zusammen mit OV1 die Betriebsspannung.In Fig. 4, Tr3 is an n-channel enhancement MOSFET and works together with R1 as a voltage-dependent voltage divider Tr4 and Dr5 halve together with OV1 the operating voltage.

Tr6 und Tr7 als Schalter bilden zusammen mit OV4 als Integrator und OV5 als Schmitt-Trigger den astabilen Multivibrator. - Leerseite -Tr6 and Tr7 as switches form together with OV4 as integrator and OV5 as a Schmitt trigger the astable multivibrator. - Blank page -

Claims

Secondary switched-mode power supply, characterized in that an astable multivibrator to generate the switching voltage for the switching transistor with adjustable pulse width and voltage-dependent frequency is used.