DE3605417C1 - Rectifier circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Gleichrichterschaltung im Aus gangskreis eines Gleichspannungswandlers gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a rectifier circuit in the off circuit of a DC-DC converter according to the Oberbe handle of claim 1.
Aus "Schaltnetzteile" v. J. Wüstehube, Expert Verlag, 1979, Seite 384, ist es bekannt, bei Gleichspannungswandlern mit kleinen Ausgangsspannungen Schottky-Dioden einzusetzen.From "Switching Power Supplies" v. J. Wüstehube, Expert Verlag, 1979, Page 384, it is known to use DC converters use small output voltages Schottky diodes.
Schottky-Dioden weisen eine geringe Flußspannung auf und sind deshalb für Gleichspannungswandler mit kleiner Aus gangsspannung, bzw. kleiner Leistung, besonders geeignet.Schottky diodes have a low forward voltage and are therefore for DC voltage converters with a small off output voltage, or low power, particularly suitable.
Aus der DE-OS 32 17 791 ist es bekannt, eine Diode zur Ver ringerung der Verlustleistung bei einer Gleichrichterschal tung durch einen speziell vorgespannten Bipolartransistor zu ersetzen. Die Vorspannung für den Bipolartransistor kann mittels einer Hilfswicklung auf einem Transformator erzeugt werden. Aus JP-Abstract 58-1 16 068 ist es bekannt, einen Schalttransistor in Serie zum Gleichrichter im Ausgangskreis eines Gleichspannungswandlers zu schalten. JP-Abstract 59- 2 04 466 zeigt den Ersatz von Gleichrichtern im Ausgangskreis eines Gleichspannungswandlers durch MOSFET. Die Zeitschrift "Elektronik" 17/26. 8. 1983, Seite 53 bis 56, insbesondere Bild 23, zeigt schließlich einen Feldeffekttransistor, des sen interne langsame Diode durch Zuschalten von schnellen externen Dioden wirkungslos gemacht werden kann.From DE-OS 32 17 791 it is known to use a diode for ver reduction of power loss in a rectifier scarf through a specially biased bipolar transistor to replace. The bias for the bipolar transistor can generated by means of an auxiliary winding on a transformer will. From JP abstract 58-1 16 068 it is known to be a Switching transistor in series with the rectifier in the output circuit to switch a DC-DC converter. JP Abstract 59- 2 04 466 shows the replacement of rectifiers in the output circuit a DC-DC converter through MOSFET. The magazine "Electronics" 17/26. 8. 1983, pages 53 to 56, in particular Figure 23 shows a field effect transistor, the internal slow diode by switching on fast ones external diodes can be rendered ineffective.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Gleichrichterschaltung ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszubil den, daß eine geringe Verlustleistung, insbesondere eine ge ringe Sperrverlustleistung auftritt. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbil dungen auf.The object of the invention is the rectifier circuit ge to be trained in accordance with the preamble of claim 1 that a low power loss, especially a ge rings power loss occurs. This task will by the characterizing features of claim 1 solved. The subclaims show advantageous developments on.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Schottky-Dioden
oder sonstige Dioden mit kleiner Flußspannung, beispiels
weise spezielle Siliziumdioden, zwar eine geringe Verlust
leistung beim Betrieb in Flußrichtung aufweisen, jedoch
insbesondere bei Erwärmung eine relativ hohe Sperrverlust
leistung besitzen, so daß sie für Kleinleistungswandler im
Milliwattbereich, wie sie insbesondere bei ISDN Netzen ge
plant sind, schlecht geeignet sind. Durch die Maßnahmen
der Erfindung läßt sich der Wirkungsgrad eines Gleichspan
nungswandlers ohne großen Bauteileaufwand beträchtlich er
höhen.
The invention is based on the knowledge that Schottky diodes or other diodes with a small forward voltage, for example special silicon diodes, have a low power loss when operating in the direction of flow, but have a relatively high reverse loss power, especially when heated, so that they are for small power converters in the milliwatt range, as are planned especially for ISDN networks, are poorly suited. Through the measures of the invention, the efficiency of a DC voltage converter can be increased considerably without a large amount of components.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert. Sie zeigt ein Prinzipschaltbild eines Gleichspannungswandlers mit ei ner Gleichrichterschaltung nach der Erfindung.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. she shows a schematic diagram of a DC converter with egg ner rectifier circuit according to the invention.
Der Gleichspannungswandler gemäß der Figur ist ein Sperr wandler mit galvanischer Trennung zwischen Eingangskreis - Eingangsspannung Ue - und Ausgangskreis - Ausgangsspan nung Ua -, anhand dessen die Erfindung beispielhaft erläu tert wird. Er besitzt eine Speicherinduktivität HI, die zwei Wicklungen wI und wII aufweist. Die Wicklung wI liegt im Eingangskreis in Serie zum Schalttransistor Ts des Sperr wandlers. Im Ausgangskreis des Gleichspannungswandlers be findet sich in Serie zur Wicklung wII eine Schottky-Diode D oder eine sonstige Diode mit kleiner Flußspannung. Der Schalttransistor Ts wird über eine übliche Steuer- und Regelschaltung St, beispielsweise bekannt aus "Schaltnetz teile" v. Wüstehube. Seite 181, mit pulsdauermodulierten Signalen oder durch eine andere geeignete Schaltung, bei spielsweise unter Verwendung der IC NE 555, mit pulsfre quenzmodulierten Signalen gesteuert.The DC-DC converter according to the figure is a flyback converter with electrical isolation between the input circuit - input voltage Ue - and output circuit - output voltage Ua -, based on which the invention is exemplified. It has a memory inductance HI which has two windings wI and wII . The winding wI is in series in the input circuit to the switching transistor Ts of the flyback converter. In the output circuit of the DC-DC converter there is a Schottky diode D or another diode with a small forward voltage in series with the winding wII. The switching transistor Ts is a conventional control and regulating circuit St , for example known from "Schaltnetz parts" v. Desert room. Page 181, with pulse duration modulated signals or by another suitable circuit, for example using the IC NE 555, controlled with pulse frequency modulated signals.
In Serie zur Schottky-Diode D ist ein elektronischer Einweg schalter in Form eines Feldeffekttransistors F angeordnet. Dieser Feldeffekttransistor ist ein n-leitender MOS-Typ. Auf der Speicherinduktivität HI ist eine Hilfswicklung wIII vor gesehen, über die der Feldeffekttransistor F während der Energieabgabe des Gleichspannungswandlers leitend gesteuert und in Rückwärtsrichtung betrieben wird. Die Hilfswicklung wIII ist an ihrem einen Ende über eine erste Diode D 1 mit dem Kollektor-Basiswiderstand R 1 eines pnp-Transistors T 1 verbunden; an ihrem anderen Ende ist die Hilfswicklung wIII mit dem Kollektor des Transistors T 1 verbunden. Der gemein same Verbindungspunkt zwischen erster Diode D 1 und Kollektor- Basiswiderstand R 1 ist über eine weitere, bezüglich der ersten Diode D 1 gleichsinnig geschaltete, Diode D 2 mit dem Emitter des Transistors T 1 sowie mit dem Gateanschluß des Feldeffekttransistors F verbunden. Die Emitter-Kollektor strecke des Transistors T 1 ist durch den Gate-Source-Wider stand R 2 des Feldeffekttransistors F überbrückt.In series with the Schottky diode D , an electronic one-way switch is arranged in the form of a field effect transistor F. This field effect transistor is an n-type MOS type. On the memory inductor HI , an auxiliary winding wIII is seen before, via which the field effect transistor F is turned on during the energy output of the DC converter and is operated in the reverse direction. The auxiliary winding wIII is connected at one end via a first diode D 1 to the collector base resistor R 1 of a pnp transistor T 1 ; at its other end the auxiliary winding wIII is connected to the collector of the transistor T 1 . The common connection point between the first diode D 1 and the collector base resistor R 1 is connected via a further diode D 2 connected in the same direction with respect to the first diode D 1 to the emitter of the transistor T 1 and to the gate connection of the field effect transistor F. The emitter-collector path of the transistor T 1 is bridged by the gate-source resistor R 2 of the field effect transistor F.
Nachfolgend wird die Funktion dieser Gleichrichterschaltung beschrieben. Wenn der Schalttransistor Ts leitend ist, nimmt die Speicherinduktivität HI über die Primärwicklung wI Energie auf. Die Polarität der Wicklung wII ist so, daß an der Schottky-Diode D eine Sperrspannung abfallen würde und der Sperrstrom damit eine zu große Verlustleistung erzeugen würde, wenn kein Feldeffekttransistor F vorgesehen wäre. Dieser Spannungsabfall und damit der Sperrstrom der Schottky- Diode D wird durch den Feldeffekttransistor F unterbunden. Die Hilfswicklung wIII weist bezüglich der Wicklung wI eine solche Polarität auf (in der Figur durch einen Punkt ge kennzeichnet), daß während der Energieaufnahmephase der Speicherinduktivität HI der Stromkreis, bestehend aus Hilfs wicklung wIII, Basis-Kollektorwiderstand R 1, erste Diode D 1, nicht geschlossen ist. Damit ist der pnp-Transistor T 1 nicht angesteuert und wird über seinen Basis-Kollektorwiderstand R 1 und seine Basis-Emitterstrecke im selbstleitenden Zustand gehalten. Der Gateanschluß des Feldeffekttransistors F führt dadurch ein Potential von 0 V, d. h. der Feldeffekttransistor befindet sich im Sperrzustand. An der Schottky-Diode D kann daher während der Energieaufnahmephase des Wandlers keine Sperrspannung abfallen, was bedeutet, daß keine Sperrstrom verlustleistung an der Schottky-Diode D auftreten kann. Wird nun der Schalttransistor Ts über die Regelschaltung St in den Sperrzustand überführt, polen sich die Spannungen an den Wicklungen wII und wIII um. Es kann nun ein Laststrom J L über die Schottky-Diode D und den über die Hilfswicklung wIII leitend gesteuerten Feldeffekttransistor F zur Last L fließen (Energieabgabephase des Wandlers). Durch die Span nungsumkehr an der Hilfswicklung wIII während der Energieab gabephase des Wandlers wird der Feldeffekttransistor F über die Dioden D 1 und D 2 angesteuert. Es fließt nun ein Strom von der Hilfswicklung wIII über die erste Diode D 1, die zweite Diode D 2, deren Flußspannung den Transistor T 1 ge sperrt hält, und den Gate-Source-Widerstand R 2 des Feldeffekt transistors F. Die Ansteuerspannung für den Feldeffekttran sistor F setzt sich zusammen aus der Spannung an der Hilfs wicklung wIII abzüglich der beiden Diodenschwellspannungen von D 1 und D 2. Der Feldeffekttransistor F ist durchgesteuert und in Rückwärtsrichtung betrieben. Beim Betrieb des Feld effekttransistors F in Rückwärtsrichtung ist der Spannungs abfall an seinem Bahnwiderstand R DS kleiner als die Dioden schwelle der internen Feldeffekttransistordiode (in der Figur mit ID bezeichnet). Die interne Feldeffekttransistor diode ID ist dadurch stromlos. Die Flußspannung am Feld effekttransistor F ist sehr viel kleiner als die Fluß spannung der Schottky-Diode D, die bei etwa 0,3 V liegt.The function of this rectifier circuit is described below. If the switching transistor Ts is conductive, the storage inductance HI takes up energy via the primary winding wI . The polarity of the winding wII is such that a reverse voltage would drop across the Schottky diode D and the reverse current would thus generate an excessive power loss if no field effect transistor F were provided. This voltage drop and thus the reverse current of the Schottky diode D is prevented by the field effect transistor F. The auxiliary winding wIII has such a polarity with respect to the winding wI (indicated by a dot in the figure) that during the energy absorption phase of the storage inductor HI the circuit, consisting of auxiliary winding wIII , base collector resistor R 1 , first diode D 1 , is not closed. The pnp transistor T 1 is thus not driven and is kept in the self-conducting state via its base collector resistor R 1 and its base emitter path. The gate connection of the field effect transistor F thus has a potential of 0 V, ie the field effect transistor is in the blocking state. No reverse voltage can therefore drop across the Schottky diode D during the energy absorption phase of the converter, which means that no reverse current loss power can occur at the Schottky diode D. If the switching transistor Ts is now switched to the blocking state via the control circuit St , the voltages on the windings wII and wIII are reversed . It is now a load current J L via the Schottky diode D and via the auxiliary winding WIII turned-on field-effect transistor to the load L F flow (energy output phase of the converter). Due to the voltage reversal on the auxiliary winding wIII during the energy delivery phase of the converter, the field effect transistor F is driven via the diodes D 1 and D 2 . A current now flows from the auxiliary winding wIII via the first diode D 1 , the second diode D 2 , whose forward voltage keeps the transistor T 1 blocked, and the gate-source resistor R 2 of the field effect transistor F. The drive voltage for the field effect transistor F is composed of the voltage at the auxiliary winding wIII minus the two diode threshold voltages of D 1 and D 2 . The field effect transistor F is turned on and operated in the reverse direction. When operating the field effect transistor F in the reverse direction, the voltage drop across its rail resistance R DS is smaller than the diode threshold of the internal field effect transistor diode (denoted by ID in the figure). The internal field effect transistor diode ID is therefore de-energized. The forward voltage at the field effect transistor F is very much smaller than the forward voltage of the Schottky diode D , which is about 0.3 V.
Die Transistorstufe mit Transistor T 1 zwischen Hilfswicklung wIII und Gate-Source-Widerstand R 2 des Feldeffekttransistors F ist vorgesehen, damit der Feldeffekttransistor F nieder ohmig gesperrt und mit kleiner Verlustleistung angesteuert werden kann.The transistor stage with transistor T 1 between auxiliary winding wIII and gate-source resistor R 2 of the field effect transistor F is provided so that the field effect transistor F can be blocked with a low resistance and driven with a small power loss.
Die Gleichrichterschaltung der Erfindung, die vorstehend anhand eines Sperrwandlers beschrieben wurde, läßt sich auch für einen Flußwandler einsetzen. In diesem Falle ist die Frei laufdiode des Flußwandlers als Schottky-Diode ausgebildet und der Feldeffekttransistor F in Serie zu dieser Freilaufdiode geschaltet. Die Ansteuerschaltung für den Feldeffekttran sistor F kann gleich aufgebaut sein. Die Hilfswicklung zur Ansteuerung des Feldeffekttransistors F würde sich in die sem Fall auf der Glättungsdrossel befinden.The rectifier circuit of the invention, which was described above using a flyback converter, can also be used for a forward converter. In this case, the free-wheeling diode of the forward converter is designed as a Schottky diode and the field effect transistor F is connected in series with this free-wheeling diode. The drive circuit for the field effect transistor F can be constructed in the same way. The auxiliary winding for driving the field effect transistor F would be on the smoothing choke in this case.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3605417A DE3605417C1 (en) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | Rectifier circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3605417A DE3605417C1 (en) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | Rectifier circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3605417C1 true DE3605417C1 (en) | 1987-07-09 |
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ID=6294528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3605417A Expired DE3605417C1 (en) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | Rectifier circuit |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
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