DE3914287A1 - Gleichspannungswandler - Google Patents
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- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/563—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices including two stages of regulation at least one of which is output level responsive, e.g. coarse and fine regulation
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Gleichspannungswandler nach
der Gattung des Hauptanspruchs.
Zur Erzeugung von geregelten Betriebsspannungen für
nachrichtentechnische Geräte aus einer unstabilisierten
Gleichspannung, wie sie beispielsweise im Bordnetz eines
Kraftfahrzeugs vorhanden ist, sind Gleichspannungswandler
bekannt, bei welchen ein Halbleiterschalter in Reihe mit
einer Induktivität geschaltet ist. In an sich bekannter
Weise ist ferner eine Freilaufdiode vorgesehen. Der
Halbleiterschalter wird mit breitenmodulierten Impulsen
derart angesteuert, daß die Ausgangsspannung auch bei
schwankender Eingangsspannung konstant bleibt.
Diese bekannten Abwärtswandler zeichnen sich durch eine
geringe Verlustleistung innerhalb des Halbleiterschalters
aus, was einerseits zu einem günstigen Wirkungsgrad führt
und andererseits durch Verwendung von kleineren
Halbleiterelementen kompakte und preisgünstige Schaltungen
ermöglicht.
Die Bordspannung eines Kraftfahrzeugs kann jedoch innerhalb
eines sehr großen Bereichs zwischen etwa 6 V und 15 V
schwanken. Soll aus einer derart schwankenden Bordspannung
eine geregelte Spannung von beispielsweise 5 V erzeugt
werden, so treten in der Nähe der unteren Grenze dieses
Bereichs Schwierigkeiten bei der Verwendung von
Abwärtswandlern auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleichspannungswandler
vorzuschlagen, der unter Beibehaltung der Vorteile der
bekannten Abwärtswandler auch bei einer geringen
Spannungsdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung
zuverlässig arbeitet.
Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den
Vorteil, daß er in einem weiten Bereich der Eingangsspannung
zuverlässig arbeitet und innerhalb des gesamten Bereichs
eine geringe Belastung der Halbleiterelemente und einen
günstigen Wirkungsgrad aufweist. Dabei ergibt sich ein
Verlustleistungsminimum bei der minimalen Eingangsspannung.
Außerdem erfolgt bei geringen Eingangsspannungen eine
zusätzliche LC-Filterung der Ausgangsspannung.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich. Insbesondere
ist zum störungsfreien Übergang zwischen einem geschalteten
und einem kontinuierlichen Betrieb ein Spannungskomparator
mit einer Hysterese vorgesehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Die Zeichnung ist teilweise als Blockschaltbild ausgeführt,
da Einzelheiten der als Blöcke dargestellten Baugruppen an
sich bekannt sind.
An den Eingangsanschlüssen 1, 2 des dargestellten
Gleichspannungswandlers liegt die Bordspannung U B eines
Kraftfahrzeugs, die zwischen 6 V und 15 V je nach Ladezustand,
Belastung oder Ladestrom der Batterie schwanken kann. Zur
Vermeidung von Strom- und Spannungsspitzen ist ein
Eingangskondensator 3 vorgesehen. Über einen
Feldeffekttransistor 4 und eine Induktivität 5 ist die
Eingangsklemme 1 in an sich bekannter Weise mit einer
Ausgangsklemme 6 verbunden, an welcher gegenüber der
Ausgangsklemme 7 die geregelte Ausgangsspannung U A = 5 V
ansteht. In an sich bekannter Weise sind ein Ladekondensator
8 und eine Freilaufdiode 9 vorgesehen. Eine
Referenzspannungsquelle 10, welche schematisch als Batterie
dargestellt ist, ist mit Eingängen zweier Regler 11, 12 und
eines Spannungskomparators 13 verbunden. Weiteren Eingängen
der Regler 11, 12 ist die Ausgangsspannung U A zuführbar.
Der erste Regler 11 ist ein an sich bekannter Regler für
einen schaltenden Abwärtswandler und gibt ein
pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal ab, das über eine
erste Primärwicklung 14 eines Transformators 15 und über die
Sekundärwicklung 16 zur Steuerelektrode des
Feldeffekttransistors 4 geleitet wird. Die Frequenz f S 1 des
Ausgangssignals des Reglers 11 wird durch ein bei 21
zugeführtes Taktsignal bestimmt.
Der zweite Regler 12 gibt amplitudenmodulierte Impulse ab,
die über eine zweite Primärwicklung 17 des Transformators 15
und dessen Sekundärwicklung 16 der Steuerelektrode des
Feldeffekttransistors 4 zugeleitet werden. Die
Amplitudenmodulation hängt von der Differenz der
Ausgangsspannung U A und der Referenzspannung U R ab. Die
Frequenz f S 2 des Ausgangssignals des Reglers 12 ist durch
ein bei 22 zugeführtes Taktsignal bestimmt.
Eine zwischen der Sekundärwicklung 16 und der
Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 4 vorgesehene
Gleichrichterdiode 18 richtet die amplitudenmodulierten
Impulse gleich, wobei die Eingangskapazität des
Feldeffekttransistors 4 als Ladekondensator dient. Damit
bildet sich an der Steuerelektrode 4 des
Feldeffekttransistors eine Steuerspannung aus, welche von
der Differenz der Ausgangsspannung U A und der
Referenzspannung U R - also von der Regelabweichung -
abhängt. Der zweite Regler 12 dient somit einer
kontinuierlichen Regelung, wobei der Feldeffekttransistor 4
als steuerbarer Widerstand arbeitet. Bei Kapazitäten von
Leistungs-Feldeffekttransistoren im Bereich von etwa 1000 pF
und 3000 pF entsteht bei einer Frequenz von f S 2 < 100 kHz
eine kontinuierliche Steuerspannung.
Der Spannungskomparator 13 gibt an seinen Ausgängen 19, 20
zwei Schaltspannungen ab, welche jeweils den ersten Regler
11 oder den zweiten Regler 12 aktivieren. Bei höheren
Eingangsspannungen aktiviert der Spannungskomparator 13 den
ersten Regler 11. Sinkt die Eingangsspannung U B unter einen
Wert von 7 V, so wird der erste Regler 11 gesperrt und der
zweite Regler 12 freigegeben. Steigt die Eingangsspannung U B
wieder, so wird zunächst eine Hysterese von beispielsweise
0,5 V durchlaufen, bis wieder eine Umschaltung auf den ersten
Regler 11 bzw. auf den Betrieb als schaltender
Abwärtswandler erfolgt.
Claims (8)
1. Gleichspannungswandler mit einem Ausgang für eine
geregelte Ausgangsspannung und einem Eingang für eine
Eingangsspannung, wobei zwischen dem Eingang und dem Ausgang
eine Reihenschaltung aus einem steuerbaren Halbleiterelement
und einer Induktivität angeordnet ist und wobei ferner eine
Freilaufdiode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
das steuerbare Halbleiterelement (4) in einem Schaltbetrieb
arbeitet, wenn die Eingangsspannung mindestens um einen
vorgegebenen Wert über der Ausgangsspannung liegt und daß
das Halbleiterelement kontinuierlich gesteuert wird, wenn
die Eingangsspannung weniger als der vorgegebene Wert über
der Eingangsspannung liegt.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß einer Steuerelektrode des
Halbleiterelements (4) wahlweise von zwei Reglern (11, 12)
Steuersignale zuführbar sind und daß ein Spannungskomparator
(13) mit einer Referenzspannung und mit der Eingangsspannung
beaufschlagbar ist und Signale zur Auswahl der Regler
abgibt.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannungskomparator (13) mit einer
Hysterese versehen ist.
4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein erster Regler (11) zur Erzeugung von
breitenmodulierten Impulsen in Abhängigkeit von der
Differenz der Ausgangsspannung und der Referenzspannung
vorgesehen ist und daß ein zweiter Regler (12) zur Erzeugung
von Impulsen vorgesehen ist, deren Amplitude von der
Differenz der Ausgangsspannung und der Referenzspannung
abhängt.
5. Gleichspannungswandler nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Regler (11, 12) mit je
einer Primärwicklung (14, 17) eines Transformators (15)
verbunden sind, dessen Sekundärwicklung (16) an die
Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterelements (4)
angeschlossen ist.
6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Sekundärwicklung (16)
eine Diode (18) geschaltet ist und daß die Frequenz der vom
zweiten Regler (12) erzeugten Impulse wesentlich größer als
die Frequenz der vom ersten Regler (11) erzeugten Impulse
ist.
7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das steuerbare Halbleiterelement ein
Feldeffekttransistor (4) ist.
8. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Frequenz der vom zweiten Regler (12)
erzeugten Impulse größer als etwa 100 kHz ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3914287A DE3914287A1 (de) | 1989-04-29 | 1989-04-29 | Gleichspannungswandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3914287A DE3914287A1 (de) | 1989-04-29 | 1989-04-29 | Gleichspannungswandler |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3914287A1 true DE3914287A1 (de) | 1990-11-08 |
DE3914287C2 DE3914287C2 (de) | 1991-06-06 |
Family
ID=6379803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3914287A Granted DE3914287A1 (de) | 1989-04-29 | 1989-04-29 | Gleichspannungswandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0550167A2 (de) * | 1991-12-23 | 1993-07-07 | General Electric Company | Belastungspunkt-Leistungsversorgung mit Höhen-Bandbreite |
EP0654893A1 (de) * | 1993-11-19 | 1995-05-24 | Sgs-Thomson Microelectronics Gmbh | Treiberschaltung für einen Schrittmotor |
US5502369A (en) * | 1991-10-01 | 1996-03-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Stabilized direct current power supply |
DE19652622A1 (de) * | 1996-12-18 | 1998-06-25 | Bosch Gmbh Robert | Getaktete Endstufenschaltung zur Steuerung oder Regelung induktiver Lasten |
Families Citing this family (1)
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JP2712934B2 (ja) * | 1991-10-01 | 1998-02-16 | 三菱電機株式会社 | 直流安定化電源 |
-
1989
- 1989-04-29 DE DE3914287A patent/DE3914287A1/de active Granted
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP 60-257 766(A) In: Patents Abstr. of Japan, Sect E, Vol.10, Nr. 125, 1986 (E-402) * |
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EP0550167A3 (de) * | 1991-12-23 | 1994-01-05 | Gen Electric | |
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US5656910A (en) * | 1993-11-19 | 1997-08-12 | Sgs-Thomson Microelectronics Gmbh | Driver circuit for a stepping motor |
DE19652622A1 (de) * | 1996-12-18 | 1998-06-25 | Bosch Gmbh Robert | Getaktete Endstufenschaltung zur Steuerung oder Regelung induktiver Lasten |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3914287C2 (de) | 1991-06-06 |
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