DE3938172A1 - Schaltungsanordnung fuer einen dc/dc-wandler fuer fernsprechendgeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen DC/DC-Wandler für Fernsprechendgeräte mit einem als RC-Gene­ rator aufgebauten, über die Teilnehmerleitung durch die Systemgleichspannung gespeisten Oszillator, wobei die Oszillatorfrequenz ein in Serie zur Primärwicklung eines Übertragers angeordneten erstes Schaltglied steuert, wobei die Serienschaltung von Primärwicklung und erstem Schalt­ glied die Teilnehmerschleife gleichspannungsmäßig abschließt und wobei die gegenüber der Systemgleichspannung kleine Be­ triebsgleichspannung für das Fernsprechendgerät durch eine auf das erste Schaltglied einwirkende Spannungsüberwachung überwacht und geregelt wird.

Eine ähnliche Schaltungsanordnung ist aus dem Artikel "Schaltregler für das Komforttelefon" aus der Zeitschrift Elektronik, 16. August 1988 bekannt. Dort kann jedoch die nachstehende Aufgabe nur mit großem Aufwand, d. h. Zusatz­ schaltungen gelöst werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll darin bestehen, eine lastbezogene Regelung der aus der über die Teilnehmerlei­ tung anliegenden Systemgleichspannung gewonnenen Betriebs­ gleichspannungen - also mehreren Spannungen - zu erreichen, wobei einmal die Symmetrie der Betriebsgleichspannungen ge­ währleistet sein muß, wo ein Kurzschluß in einem der inter­ nen Stromkreise unschädlich gemacht werden muß, wo zu hohe Wärmeentwicklung infolge zu hoher Ströme verhindert werden soll und wobei die notwendige Schaltungsanordnung möglichst preiswert erstellt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an der Sekun­ därwicklung des Übertragers infolge eines Mittelabgriffes zwei gleichgroße, entgegengesetzt gerichtete Betriebs­ gleichspannungen mit Hilfe einer nachfolgenden Gleichrich­ tung abgreifbar sind, daß diese Betriebsgleichspannungen einer als Regelstellglied ausgeführten Spannungsüberwachung zugeführt und von dieser über Speiseausgänge zur Versorgung des Fernsprechendgerätes an dieses abgegeben werden, daß in dem Regelstellglied ein zweites Schaltglied angeordnet ist, welches bei fehlender Spannungssymmetrie zwischen den beiden Betriebsgleichspannungen ein drittes, parallel zu der Serien­ schaltung von dem ersten Schaltglied und der Primärwicklung des Übertragers angeordnetes Schaltglied kontinuierlich zur Herstellung der erforderlichen Symmetrie steuert und welches bei vorliegendem Kurzschluß in einem Bereich der Betriebs­ gleichspannungen das dritte Schaltglied ganz undurchlässig schaltet, daß das dritte Schaltglied außerdem über einen Steuerausgang des Oszillators gesteuert wird und mit dem Steuereingang des ersten Schaltgliedes verbunden ist, daß ein Schaltausgang des ersten Schaltgliedes direkt mit einem Steuereingang des Oszillators verbunden ist und daß über diese Verbindung die Pulsbreite der Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit des über das erste Schaltglied fließenden Stromes gesteuert wird.

Hieraus ergeben sich die Vorteile des einfachen Aufbaus, der Symmetrieeinhaltung und der last- bzw. störbezogenen Spannungs- und Stromregelung.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein erstes aus einem Mos-Fet T1 bestehendes Schaltglied S1, ein drittes aus einem Transistor T3, einer Diode D1 und den Widerständen R2/R3 bestehendes Schaltglied S3, ein Regelstellglied RSG, welches aus einer steuerbaren Diode D4, einem Widerstandsnetzwerk R5/R6/R7/R8 und einem zweiten Schaltglied S2 mit dem Transistor T2 und den Wider­ ständen R9/R10 besteht, einem Oszillator RGG, einem Übertra­ ger Ü, Glättungskondensatoren C1/C2/C3, Gleichrichterdioden D2/D3, Drosselspulen Dr1/Dr2, eine Teilnehmerleitung TL und einen die Speisespannung festlegenden Widerstand R1.

Moderne, mit IC′s betriebene Fernsprechendgeräte benötigen in der Regel Betriebsgleichspannungen von +5 V bzw. -5 V. Diese Betriebsgleichspannungen können aus einer stationären Stromversorgung entnommen werden, oder sie werden - insbe­ sondere im Störfall der stationären Stromversorgung - aus der über die Teilnehmerleitung TL anliegenden Systemgleich­ spannung US gewonnen. Dabei entsteht die Aufgabe, bei der Erzeugung dieser Betriebsgleichspannungen möglichst wenig Leistung aus der Teilnehmerleitung zu entnehmen, das heißt insbesondere wenig Leistung in Wärme umzusetzen.

Dies gilt auch bei Speisung aus einer stationären Stromver­ sorgung, um eine Überhitzung der Bauelemente zu verhindern. Auch ist gefordert, daß die Symmetrie zwischen den beiden Betriebsgleichspannungen +5 V/-5 V eingehalten wird, um eine Zerstörung von Bauelementen im Fernsprechendgerät zu ver­ hindern. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn die Betriebsgleichspannungen ungleichmäßig belastet werden bzw. wenn wegen eines Kurzschlusses in einem Spannungsbereich eine Überlastung eintritt.

Um diese Aufgabe zu lösen, liegt der Erfindung eine Schal­ tungsanordnung für einen DC/DC-Wandler zugrunde, der sich durch zwei Freiheitsgrade der Regelung auszeichnet, nämlich eine Frequenzregelung und eine Pulsbreitenregelung.

Liegt am Eingang a/b der Schaltungsanordnung die System­ gleichspannung US oder die Spannung aus einer Stromversorgung an, dann wird diese über den die Speisespannung für den Oszillator RGG festlegenden Widerstand R1 dem Speiseeingang des Oszillators zugeführt. Der Kondensator C1 hat dabei nur eine Siebfunktion.

Die Oszillatorfrequenz steuert über den Ausgang v die Basis des zum dritten Schaltglied S3 gehörenden Transistors T3, der über die Widerstände R2/R3 für eine gewünschte Durch­ schaltschwelle eingestellt ist. Im gleichen Takt, in dem der Transistor T3 durch die Oszillatorfrequenz gesteuert wird, steuert dieser wiederum über seinen Kollektor das Gate des das Schaltglied S1 bildenden Mos-Fet′s an. Das Schalt­ glied S1 wird damit den Stromweg über die Primärspule L1 des Übertragers Ü takten, so daß auf der Sekundärseite (3/4/5) des Übertragers Ü eine entsprechende Spannung (z. B. 10 V) induziert wird. Diese Spannung wird den Dioden D2 und D3 gleichgerichtet, so daß entsprechend den Abgriffen 3/4/5 an der Sekundärspule von a1 nach b1 z. B. +5 V und von c1 nach b1 -5 V Betriebsgleichspannung anliegen und über die regelbare Zenerdiode auf eine Summenspannung von 10 V gehalten wird und über die Drosseln Dr1 die Drosseln Dr1 und Dr2 (a2/b2/c2) abgreifbar sind. Die Kondensatoren c2/c3 sind Glättungskondensatoren. Tritt nun beispielsweise durch Kurzschluß bzw. eine Überlast auf der Sekundärseite auf, dann wird das Regelstellglied RSG in Funktion gesetzt. Der Transistor T2 im Schaltglied S2 sperrt über den Ausgang u durch eine entsprechende Basisspannung den Transistor T3 im Schaltglied S3. Dadurch ist das Schaltglied S1 durchgeschal­ tet und in der Primärwicklung des Übertragers erfolgt ein Stromanstieg als Überlaststrom. An dem Widerstand R4 findet eine sogenannte Stromdetektion statt. Es wird dort eine Regelspannung erzeugt, die unmittelbar in den Oszillator RGG eingreift und diesen entsprechend der Zeitkonstante L1/R aus- und einschaltet und somit den Mos-Fet analog über T3 taktet. Es stellt sich eine Reglerfrequenz ein, die wesent­ lich höher liegt als die des Oszillators. Daraus resultiert, daß der Oszillator kurz anschwingt und durch die Regel­ spannung wieder abgeschaltet wird, wenn durch Widerstand R4 die TTL-Schwelle der aktiven Gatter im Oszillator über­ schritten wird. Die Höhe des zulässigen Überlaststromes kann mit dem Widerstand R4 eingestellt werden und ist proportional zur Reglerfrequenz.

Die Symmetrierung der beiden Betriebsgleichspannungen erfolgt zunächst dadurch, daß im Regelstellglied RSG eine steuerbare Zenerdiode D4 zwischen den die Betriebsgleich­ spannung führenden Adern a1-a2 und c1-c2 angeordnet ist. Diese Diode D4 wird über das Widerstandsnetz R5/R6/R7/R8 so abgeglichen, daß zwischen den beiden vorgenannten Adern immer eine Spannung von 10 V besteht bzw. diese in engen Grenzen konstant gehalten wird. Ein Abgleich der beiden Spannun­ gen +5 V und -5 V kann im stationären Zustand mit Hilfe des Widerstandes R11 erfolgen.

Im Falle eines Kurzschlusses bei einer der beiden Spannungen übernimmt dann über das Schaltglied S2, wie schon beschrieben, sofort die Frequenzregelung die Strombegrenzung. Die magne­ tische Durchflutung geht primärseitig drastisch zurück und entsprechend sinkt auch die vom Kurzschluß nicht betroffene Spannung.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung für einen DC/DC-Wandler für Fernsprech­ endgeräte mit einem als RC-Generator aufgebauten, über die Teilnehmerleitung durch die Systemgleichspannung gespeisten Oszillator, wobei die Oszillatorfrequenz ein in Serie zur Primärwicklung eines Übertragers angeordneten erstes Schalt­ glied steuert, wobei die Serienschaltung von Primärwicklung und erstem Schaltglied die Teilnehmerschleife gleichspannungs­ mäßig abschließt und wobei die gegenüber der Systemgleich­ spannung kleine Betriebsgleichspannung für das Fernsprechend­ gerät durch eine auf das erste Schaltglied einwirkende Spannungsüberwachung überwacht und geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sekundärwicklung (3, 5) des Übertragers (Ü) infolge eines Mittelabgriffes (4) zwei gleichgroße, entgegengesetzt ge­ richtete Betriebsgleichspannungen (+5 V/-5 V) mit Hilfe einer nachfolgenden Gleichrichtung (D2/D3) abgreifbar sind, daß diese Betriebsgleichspannungen (+5 V/-5 V) einer als Regel­ stellglied (RSG) ausgeführten Spannungsüberwachung zugeführt und von dieser über Speiseausgänge (a2/c2) zur Versorgung des Fernsprechendgerätes an dieses abgegeben werden, daß in dem Regelstellglied (RSG) ein zweites Schaltglied (S2) ange­ ordnet ist, welches bei fehlender Spannungssymmetrie zwischen den beiden Betriebsgleichspannungen (+5 V/-5 V) ein drittes, parallel zu der Serienschaltung von dem ersten Schaltglied (S1) und der Primärwicklung (1, 2) des Übertra­ gers (Ü) angeordnetes Schaltglied (S3) kontinuierlich zur Herstellung der erforderlichen Symmetrie steuert und welches bei vorliegendem Kurzschluß in einem Bereich der Betriebs­ gleichspannungen (+5 V/-5 V) das dritte Schaltglied (S3) ganz undurchlässig schaltet, daß das dritte Schaltglied (S3) außerdem über einen Steuerausgang (v) des Oszillators (RGG) gesteuert wird und mit dem Steuereingang des ersten Schalt­ gliedes verbunden ist, daß ein Schaltausgang (x) des ersten Schaltgliedes (S1) direkt mit einem Steuereingang (w) des Oszillators (RCG) verbunden ist und daß über diese Verbin­ dung die Pulsbreite der Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit des über das erste Schaltglied (S1) fließenden Stromes gesteuert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Regelstellglied (RSG) zwischen die positive (+5 V) und die negative (-5 V) Betriebsgleichspannung führenden Adern (a1/a2-c1/c2) eine steuerbare Zenerdiode (D4) geschaltet ist, die über ein Widerstandsnetz (R5, R6, R7, R8) so einstell­ bar ist, daß sie bei vorliegender Unsymmetrie zwischen den Betriebsgleichspannungen (+5 V/-5 V) das zweite Schaltglied (S2) so steuert, daß dieses je nach Richtung der Unsymmetrie das dritte Schaltglied (S3) mehr oder weniger in Sperr- oder Durchlaßrichtung steuert.