DE4002042A1

DE4002042A1 - Leistungsversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE4002042A1
Application number: DE4002042A
Authority: DE
Inventors: Shigemi Kuriyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1990-08-02
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: HK1002616A1; US5005112A; DE4002042C2; GB2228152A; GB2228152B; CN1016920B; JPH02197259A; CN1044552A; GB9000551D0; JPH07118918B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsversorgungseinrich tung, insbesondere eine Gleichstromleistungsversorgungsein richtung, die eine Eingangs-Gleichstromleistung in eine vorbestimmte Ausgangs-Gleichstromleistung umformen kann.

Gemäß Fig. 3, die die Schaltung einer bekannten Leistungs versorgungseinrichtung zeigt, ist ein Schaltelement 3 mit der Primärwicklung eines HF-Transformators 1 gekoppelt. Mit dem Schaltelement 3 ist ein leistungsversorgungspulsdauer modulierter integrierter Schaltkreis 2 (nachstehend kurz: PDMIC) zur Steuerung des Schaltbetriebs des Schaltelements 3 verbunden. Das Schaltelement 3 und der PDMIC 2 bilden gemeinsam eine Schaltvorrichtung zum Schalten der elektri schen Eingangsleistung. Dem PDMIC 2 wird über einen Gleich richterkreis 30, der eine Stromdiode 4 und einen Glättungs kondensator 5 aufweist, Gleichstrom zugeführt.

Ausgänge T 1, T 2, T 3 und T 4 sind mit den Sekundärwicklungen W 1, W 2, W 3 und W 4 des HF-Transformators 1 über Gleichrich terkreise 31, 32, 33 und 34 verbunden. Der Gleichrichter kreis 31 umfaßt eine Stromdiode 10 und einen Glättungskon densator 13. Ebenso umfassen die Gleichrichterkreise 32, 33 und 34 eine Stromdiode 16 und einen Glättungskondensator 17 bzw. eine Stromdiode 18 und einen Glättungskondensator 19 bzw. eine Stromdiode 20 und einen Glättungskondensator 21. Voneinandet isolierte Ausgangsspannungen OUT1, OUT2, OUT3 und OUT4 werden an diesen Ausgängen T 1, T 2, T 3 und T 4 ge liefert. Damit bilden der HF-Transformator 1 und die Gleichrichterkreise 31-34 gemeinsam einen Leistungsumfor mer, durch die die aus der Eingangs-Gleichstromleistung über die Schaltvorrichtung umgeformte HF-Leistung wiederum in eine Gleichstromleistung umgeformt wird.

Ein Nebenschlußregler 12 und ein Widerstand 8 sind zwischen den Ausgängen T 1 zur Abgabe der Ausgangsleistung OUT1 in Reihe geschaltet. Ein Widerstand 14 von zwei Widerständen 9 und 14 zum Teilen der Spannung zwischen den Ausgängen T 1 ist mit dem Nebenschlußregler 12 verbunden. Zwischen den Punkt, an dem der Nebenschlußregler 12 und der Widerstand 8 miteinander verbunden sind, und den Punkt, an dem die Span nungsteilerwiderstände 9 und 14 miteinander verbunden sind, ist ein Phasenkorrekturkondensator 11 geschaltet. Ein Foto koppler 6 und ein Widerstand 7 sind in Reihe dem Widerstand 8 parallelgeschaltet. Der Fotokoppler 6 ist außerdem zwi schen den F/B-Anschluß des PDMIC 2 und das Schaltelement 3 geschaltet. Der Nebenschlußregler 12, der Fotokoppler 6, die Widerstände 7-9 und 14 sowie der Kondensator 11 bilden gemeinsam eine Spannungshaltevorrichtung, die zwischen den Ausgängen T 1 durch Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schalt element eine Konstantspannung aufrechterhält.

Der Betrieb dieser Stromversorgungseinrichtung ist wie folgt.

Wenn eine Gleichstromleistung vorbestimmter Größe zwischen die Eingänge P und N geliefert wird, wird sie dem PDMIC 2 zugeführt, so daß dieser den Schaltbetrieb des Schaltele ments 3 zu steuern beginnt. Infolgedessen werden Spannungen in den Sekundärwicklungen W 1- W 4 erzeugt, und diese Spannun gen werden von den jeweiligen Gleichrichterkreisen 31-34 zu Gleichspannungen umgeformt.

Wenn zwischen die Ausgänge T 1 eine Last geschaltet ist, fließt Laststrom durch die Wicklung W 2, so daß entlang der Wicklung W 1 ein Spannungsabfall auftritt. Infolgedessen ändert sich die Spannung zwischen den Ausgängen T 1 nach Maßgabe des Laststroms. Die Spannung zwischen den Ausgängen T 1 wird von den Widerständen 9 und 14 geteilt, und wenn die durch die Teilung gebildete Spannung höher als eine im Ne benschlußregler 12 vorgegebene Bezugsspannung ist, wird der Nebenschlußregler 12 leitend, so daß eine Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schaltelement 3 über den Fotokoppler 6 stattfindet. Infolgedessen werden sowohl die Schaltfrequenz als auch das Tastverhältnis verringert, und die in der Wicklung W 1 erzeugte Spannung wird kleiner. Wenn umgekehrt die aufgrund der Teilung erzeugte Spannung niedriger als die vorgenannte Bezugsspannung ist, erfolgt keine Rückkopp lung zum PDMIC 2 und zum Schaltelement 3. In diesem Fall wird der Schaltbetrieb mit der Schaltfrequenz und dem Tast verhältnis durchgeführt, die im PDMIC 2 vorgegeben sind, so daß die in der Wicklung W 1 erzeugte Spannung erhöht wird.

Es ist daher möglich, die Spannung zwischen den Ausgängen T 1 auf dem gewünschten Pegel zu halten, indem die Wider standswerte der Widerstände 7 und 14 geeignet gewählt wer den. Die Ausgangsspannung wird ungeachtet einer Änderung der Eingangsgleichspannung konstantgehalten. Da die Span nung an der Wicklung W 1 konstant ist, liefern die übrigen Wicklungen W 2- W 4 außerdem ebenfalls eine Ausgangsleistung mit konstanten Spannungspegeln entsprechend dem Windungs verhältnis.

Bei der bekannten Leistungsversorgungseinrichtung wird also die Ausgangsspannung einer Wicklung W 1 einer Mehrzahl Aus gangswicklungen zu der aus dem PDMIC 2 und dem Schaltele ment 3 bestehenden Eingangsschaltvorrichtung rückgekoppelt, um so die Schaltfrequenz und das Tastverhältnis zu ändern, so daß eine Änderung der Ausgangsspannung zwischen den Aus gängen T 1, die auf den Spannungsabfall an der Wicklung W 1 infolge des Laststroms zurückgeht, verhindert wird.

Bei dieser bekannten Leistungsversorgungseinrichtung tritt der Nachteil auf, daß zwar die Ausgangsspannung zwischen den Ausgängen T 1 stabilisiert ist, daß aber die in den übrigen Wicklungen W 2, W 3 und W 4 erzeugten Spannungen in unerwünschter Weise aufgrund der Änderungen der Schaltfre quenz und des Tastverhältnisses in der Schaltvorrichtung sich ändern. Das heißt also, daß die Wicklungen W 2, W 3 und W 4 durch die Stärke des durch die Wicklung W 1 fließenden Laststroms direkt beeinflußt werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Leistungsversorgungseinrichtung, bei der von einer Aus gangswicklung einer Mehrzahl Ausgangswicklungen eine Rück kopplung zur Eingangsseite durchgeführt wird, um so die in dieser Ausgangswicklung erzeugte Ausgangsspannung zu stabi lisieren, während jede Beeinflussung anderer Ausgangswick lungen unterdrückt wird, so daß das vorgenannte Problem überwunden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine Leistungsversorgungseinrichtung angegeben, die gekennzeich net ist durch: eine Schaltvorrichtung zum Umformen einer Gleichstromleistung in HF-Leistung, durch einen Leistungs umformer zum Umformen der HF-Leistung in mehrere Gleich spannungen; durch Spannungshaltemittel zur Durchführung einer Rückkopplung zu der Schaltvorrichtung unter Nutzung der mehreren Gleichspannungen, wodurch die Schaltfrequenz und das Tastverhältnis der Schaltvorrichtung derart steuer bar sind, daß die Spannung einer der mehreren Ausgangs- Gleichspannungen konstantgehalten wird; und durch ein Hystereseelement zum Ändern des Rückkopplungsbetrags nach Maßgabe eines auf die für die Rückkopplung genützte Aus gangs-Gleichspannung wirkenden Laststroms, so daß die durch eine Änderung des Laststroms bewirkte Spannungsänderung eine vorbestimmte Hysterese erhält.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Leistungsversorgungseinrichtung nach der Er findung;

Fig. 2 ein Schaltbild, das einen kritischen Teil des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 zeigt; und

Fig. 3 ein Schaltbild einer bekannten Leistungsver sorgungseinrichtung.

Nach Fig. 1 ist ein Schaltelement 3 mit der Primärwicklung eines HF-Transformators 1 gekoppelt. Ein PDMIC 2 zur Steue rung des Schaltbetriebs des Schaltelements 3 ist mit diesem verbunden. Das Schaltelement 3 und der PDMIC 2 bilden ge meinsam eine Schaltvorrichtung zum Schalten der Eingangs leistung. Der HF-Transformator 1 ist mit dem PDMIC 2 über einen Gleichrichterkreis 30 aus einer Stromdiode 4 und einem Glättungskondensator 5 verbunden.

Ausgänge T 1, T 2, T 3 und T 4 sind mit Sekundärwicklungen W 1, W 2, W 3 und W 4 des HF-Transformators 1 über Gleichrichter kreise 31, 32, 33 und 34 verbunden, die eine Stromdiode 10 und einen Glättungskondensator 13 bzw. eine Stromdiode 16 und einen Glättungskondensator 17 bzw. eine Stromdiode 18 und einen Glättungskondensator 19 bzw. eine Stromdiode 20 und einen Glättungskondensator 21 aufweisen. Ausgangs gleichspannungen OUT1, OUT2, OUT2 und OUT4, die voneinander isoliert sind, werden an diesen Ausgängen T 1, T 2, T 3 und T 4 geliefert. Der HF-Transformator 1 und die Gleichrichter kreise 31-34 bilden gemeinsam einen Leistungsumformer, durch den die aus der Eingangs-Gleichstromleistung erhal tene HF-Energie über die Schaltvorrichtung wiederum in eine Gleichstromleistung umgeformt wird.

Ein Nebenschlußregler 12 und ein Widerstand 8 sind in Reihe zwischen die Ausgänge T 1 geschaltet, an denen die Ausgangs leistung OUT1 geliefert wird. Ein Widerstand 14 von zwei Widerständen 9 und 14 zur Teilung der Spannung zwischen den Ausgängen T 1 ist mit dem Nebenschlußregler 12 verbunden. Ein Phasenkorrekturkondensator 11 ist zwischen einen Punkt A, an dem der Widerstand 8 mit dem Nebenschlußregler 12 verbunden ist, und den Punkt B, an dem die Spannungsteiler widerstände 9 und 14 miteinander verbunden sind, geschal tet. Ein Fotokoppler 6 und ein Widerstand 7 sind in Reihe dem Widerstand 8 parallelgeschaltet. Der Fotokoppler 6 ist ferner mit dem F/B-Anschluß des PDMIC 2 und mit dem Schalt element 3 verbunden.

Der Nebenschlußregler 12, der Fotokoppler 6, die Wider stände 7-9 und 14 und der Kondensator 11 bilden gemeinsam eine Spannungshaltevorrichtung, die eine Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schaltelement 3 durchführt, um so die Span nung zwischen den Ausgängen T 1 auf einem konstanten Pegel zu halten.

Zwischen den Nebenschlußregler 12 und den Spannungsteiler widerstand 14 ist ein Widerstand 15 in Reihe mit der Sekun därwicklung W 1 des HF-Transformators 1 geschaltet. Dieser Widerstand 15 dient als Hystereseelement und erzeugt eine vorbestimmte Hysterese zu der Spannungsänderung, die auf den zwischen den Ausgängen T 1 fließenden Laststrom zurück geht.

Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels ist wie folgt: Der Betrieb ist gleich demjenigen der bekannten Einrichtung von Fig. 3, wenn zwischen den Ausgängen T 1 kein Laststrom fließt. Wenn also die in der Wicklung W 1 des HF-Transforma tors 1 erzeugte Spannung so hoch ist, daß die Spannung am Widerstand 14 höher als die vom Nebenschlußregler 12 vor gegebene Bezugsspannung ist, wird der Nebenschlußregler 12 leitend, so daß eine Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schaltelement 3 durch den Fotokoppler 6 durchgeführt wird. Infolgedessen werden die Schaltfrequenz und das Tastver hältnis verringert, so daß die in der Wicklung W 1 erzeugte Spannung niedriger wird. Wenn umgekehrt die Spannung am Widerstand 14 niedriger als die vom Nebenschlußregler 12 vorgegebene Bezugsspannung ist, wird der Nebenschlußregler abgeschaltet, so daß keine Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schaltelement 3 erfolgt. Infolgedessen führt das Schalt element 3 die Schaltvorgänge mit der Schaltfrequenz und dem Tastverhältnis aus, die im PDMIC 2 eingestellt sind, so daß die in der Wicklung W 1 erzeugte Spannung erhöht wird, wo durch die Spannung zwischen den Ausgängen T 1 konstantge halten wird.

Wenn zwischen den Ausgängen T 1 ein Laststrom fließt, tritt ein Spannungsabfall z. B. durch die Wicklung W 1 des HF- Transformators auf, so daß die Ausgangsspannung zwischen den Ausgängen T 1 niedriger wird. Dies bewirkt wiederum einen Abfall der Spannung am Widerstand 14, d. h. der ge teilten Spannung. Der Widerstand 15 jedoch, der in Reihe mit der Sekundärwicklung W 1 des HF-Transformators 1 zwi schen den Nebenschlußregler 12 und den Spannungsteilerwi derstand 14 geschaltet ist, hat die Funktion, die am Neben schlußregler 12 liegende Spannung um einen Betrag zu erhö hen, der dem durch den Laststrom bewirkten Spannungsabfall am Widerstand 14 entspricht. Die Rückkopplungsgröße von der Spannungshaltevorrichtung zur Schaltvorrichtung wird daher entsprechend der Größe des durch den Widerstand 15 fließen den Laststroms geändert. Wenn daher der Wert des Wider stands 15 kleiner als der Widerstand der Wicklung W 1 fest gelegt ist, wird nur ein Teil des Spannungsabfalls durch die Wicklung W 1 zur Schaltvorrichtung rückgeführt. Infolge dessen werden Schwankungen der in den Wicklungen W 2, W 3 und W 4 erzeugten Spannungen unterdrückt, obwohl die Schwankung der Spannung zwischen den Ausgängen T 1, die auf den Span nungsabfall durch die Wicklung W 1 zurückgeht, nicht voll ständig beseitigt wird.

Gemäß Fig. 2 sind die Widerstandswerte der Widerstände 9, 14 und 15 mit R 1, R 2 und R 3 angegeben. Die Spannung zwi schen den Ausgängen T 1, die Ausgangsspannung des Gleich richterkreises 31 und die an den Nebenschlußregler 12 ange legte Spannung sind mit V ₀, V _C bzw. V _R bezeichnet. Der durch den Widerstand 9 fließende Strom ist mit I _R bezeich net, und der Laststrom ist mit I _L bezeichnet.

Die Spannungen V _C und V _R werden wie folgt geschrieben:

V _C = R 1 · I _R + V _R (1)

V _R = R 2 · I _R + R₃ (I _R + I _L) (2)

Außerdem sind der Strom I _R und die Spannung V₀ gegeben durch:

I _R = (V _R - R 3 · I _L)/(R 2 + R 3) (3)

V₀ = (R 1 + R 2) I _R (4)

Infolgedessen sind die Spannungen V _C und V₀ wie folgt gegeben:

V _C = R 1 (V _R - R 3 · I _L)/(R 2 + R 3) + V _R (5)

V₀ = (R 1 + R 2)(V _R - R₃ · I _L)/(R 2 + R 3) (6)

Wenn der Widerstand 15 nicht vorgesehen ist, d. h. bei R 3 = 0, sind die Spannungen V _C und V ₀ einander gleich (V _C = V ₀). Damit wird die Spannungsschwankung zwischen den Ausgängen T 1, die auf den Spannungsabfall durch die Wick lung W 1 zurückgeht, vollständig beseitigt. In diesem Fall tritt jedoch eine unerwünscht starke Schwankung der in den übrigen Sekundärwicklungen W 2- W 4 erzeugten Spannungen auf. Wenn umgekehrt der Widerstandswert R 3 des Widerstands 15 gleich dem Widerstandswert der Wicklung W 1 festgelegt ist, kann eine Schwankung der Spannung zwischen den Ausgängen T 1 infolge des Spannungsabfalls durch die Wicklung W 1 zwar nicht vermieden werden, aber der Einfluß auf die übrigen Wicklungen W 2- W 4 wird vollständig verhindert, d. h. die Schwankungen der in den Wicklungen "W 2-W 4 erzeugten Span nungen" können verhindert werden. Es ist daher möglich, die Rückkopplungsgröße zur Schaltvorrichtung aufgrund einer Änderung des Laststroms in der Wicklungt W 1 zu begrenzen, um so den Einfluß der Rückkopplung auf die übrigen Wicklun gen W 2- W 4 zu unterdrücken, indem die Auslegung so getroffen wird, daß der Widerstand 15 einen geeigneten Wert R 3 zwi schen 0 und dem Widerstandswert der Wicklung W 1 hat. Es ist ersichtlich, daß durch diese Anordnung die Spannung in der Wicklung W 1 wesentlich stabilisiert wird, während eine un günstige Auswirkung auf die übrigen Wicklungen W 2- W 4 wirk sam vermieden wird.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zwar ein Schaltregler vom Sperrtyp verwendet, aber die Erfindung kann z. B. auch mit einem Schaltregler mit Vorwärtsregelung ausgeführt werden. Der PDMIC 2, der als Steuerkreis für das Schaltelement 3 bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel dient, kann durch verschiedene andere geeignete Steuer schaltungen ersetzt werden.

Claims

1. Leistungsversorgungseinrichtung, gekennzeichnet durch
eine Schaltvorrichtung (2, 3) zum Umformen einer Gleich stromleistung in HF-Leistung;
einen Leistungsumformer (1, 31-34) zum Umformen der HF- Leistung in mehrere Gleichspannungen;
Spannungshaltemittel (12, 6, 7-9, 14) zur Durchführung einer Rückkopplung zu der Schaltvorrichtung (2, 3) unter Nutzung der mehreren Gleichspannungen, wodurch die Schalt frequenz und das Tastverhältnis der Schaltvorrichtung der art steuerbar sind, daß die Spannung einer der mehreren Ausgangs-Gleichspannungen konstantgehalten wird; und
ein Hystereseelement (15) zum Ändern des Rückkopplungs betrags nach Maßgabe eines auf die für die Rückkopplung genutzte Ausgangs-Gleichspannung wirkenden Laststroms, so daß die durch eine Änderung des Laststroms bewirkte Span nungsänderung eine vorbestimmte Hysterese erhält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung ein Schaltelement (3) und einen Schaltsteuerkreis (2) zur Steuerung des Schaltbetriebs des Schaltelements (3) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltsteuerkreis einen pulsdauermodulierten inte grierten Schaltkreis (PDMIC) (2) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsumformer einen HF-Transformator (1) und mehrere mit diesem verbundene Gleichrichterkreise (31-34) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungshaltemittel aufweisen: Spannungsteiler glieder (9, 14), die die für die Rückkopplung zur Schalt vorrichtung genützte Ausgangs-Gleichspannung teilen, einen Nebenschlußregler (12), der mit der von den Spannungstei lergliedern geteilten Spannung arbeitet, und Rückkopplungs glieder (6, 7, 8) zur Durchführung der Rückkopplung zu dem Schaltsteuerkreis (2, 3) nach Maßgabe des Zustands des Nebenschlußreglers (12).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hystereseelement einen Widerstand (15) aufweist, der mit einem Ausgang (T 1) des Leistungsumformers (1), an dem die zur Rückführung genützte Ausgangs-Gleichspannung aufgenommen wird, in Reihe und zwischen die Spannungstei lerglieder (14) und den Nebenschlußregler (12) geschaltet ist.