DE4002042C2

DE4002042C2 - Getakteter Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE4002042C2
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: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: GB2228152A; CN1044552A; JPH07118918B2; HK1002616A1; GB2228152B; GB9000551D0; US5005112A; DE4002042A1; CN1016920B; JPH02197259A

Description

Die Erfindung betrifft einen getakteten Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Gemäß Fig. 3, die die Schaltung einer bekannten Gleichspannungswandlers dieser Art zeigt (siehe dazu auch O. Kilgenstein, Schaltnetzteile in der Praxis, 1. Auflage, 1986. Vogel Buchverlag, Würzburg, Seite 231, 270 bis 274), ist ein Schaltelement 3 mit der Primärwicklung eines HF-Transformators 1 gekoppelt. Mit dem Schaltelement 3 ist ein leistungsversorgungspulsdauermodulierter 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 elektrischen Eingangsleistung. Dem PDMIC 2 wird über einen Gleichrichterkreis 30, der eine Diode 4 und ein Glättungsglied in Form eines Glättungskondensators 5 aufweist, Gleichstrom zugeführt.

Ausgänge T1, T2, T3 und T4 sind mit den Sekundärwicklungen W1, W2, W3 und W4 des HF-Transformators 1 über Gleichrich ter 31, 32, 33 und 34 verbunden. Der Gleichrichter 31 umfaßt eine Diode 10 und ein Glättungsglied in Form eines Glättungskondensators 13. Ebenso umfassen die Gleichrichter 32, 33 und 34 je eine Diode 16, 18, 20 und je einen Glättungskondensator 17, 19, 21. Voneinandet isolierte Ausgangsspannungen OUT1, OUT2, OUT3 und OUT4 werden an diesen Ausgängen T1, T2, T3 und T4 ge liefert. Damit bilden der HF-Transformator 1 und die Gleichrichter 31-34 gemeinsam einen Gleichspannungswandler, durch den 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 T1 zur Abgabe der Ausgangsleistung OUT1 in Reihe geschaltet. Ein Widerstand 14 von zwei Widerständen 9 und 14 zum Teilen der Spannung zwischen den Ausgängen T1 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 Spannungsabtast- bzw. -fühlschaltung, die zwischen den Ausgängen T1 durch Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schalt element eine Konstantspannung aufrechterhält.

Der Betrieb dieses Gleichspannungswandlers 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 W1-W4 erzeugt, und diese Spannun gen werden von den jeweiligen Gleichrichtern 31-34 zu Gleichspannungen umgeformt.

Wenn zwischen die Ausgänge T1 eine Last geschaltet ist, fließt Laststrom durch die Wicklung W2, so daß entlang der Wicklung W1 ein Spannungsabfall auftritt. Infolgedessen ändert sich die Spannung zwischen den Ausgängen T1 nach Maßgabe des Laststroms. Die Spannung zwischen den Ausgängen T1 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 W1 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 W1 erzeugte Spannung erhöht wird.

Es ist daher möglich, die Spannung zwischen den Ausgängen T1 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 W1 konstant ist, liefern die übrigen Wicklungen W2-W4 außerdem ebenfalls eine Ausgangsleistung mit konstanten Spannungspegeln entsprechend dem Windungs verhältnis.

Bei dem bekannten Gleichspannungswandler wird also die Ausgangsspannung einer Wicklung W1 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 T1, die auf den Spannungsabfall an der Wicklung W1 infolge des Laststroms zurückgeht, verhindert wird.

Bei diesem bekannten Gleichspannungswandler tritt der Nachteil auf, daß zwar die Ausgangsspannung zwischen den Ausgängen T1 stabilisiert ist, daß aber die in den übrigen Wicklungen W2, W3 und W4 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 W2, W3 und W4 durch die Stärke des durch die Wicklung W1 fließenden Laststroms direkt beeinflußt werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Gleichspannungswandlers bei dem 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 dienen die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben.

Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines getakteten Gleichspannungswandlers nach der Er findung; und

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

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 Gleichrichter 30 aus einer Diode 4 und einem Glättungsglied in Form eines Glättungskondensators 5 verbunden.

Ausgänge T1, T2, T3 und T4 sind mit Sekundärwicklungen W1, W2, W3 und W4 des HF-Transformators 1 über Gleichrichter 31, 32, 33 und 34 verbunden, die je eine Diode 10, 16, 18, 20 und je einen Glättungskondensator 13, 17, 19, 21 aufweisen. Ausgangs gleichspannungen OUT1, OUT2, OUT3 und OUT4, die voneinander isoliert sind, werden an diesen Ausgängen T1, T2, T3 und T4 geliefert. Der HF-Transformator 1 und die Gleichrichter 31-34 bilden gemeinsam einen Gleichspannungswandler, 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 T1 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 T1 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 Spannungsabtast- bzw. -fühlschaltung, die eine Rückkopplung zum PDMIC 2 und zum Schaltelement 3 durchführt, um so die Span nung zwischen den Ausgängen T1 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 W1 des HF-Transformators 1 geschaltet.

Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels ist wie folgt:
Der Betrieb ist gleich demjenigen der bekannten Einrichtung von Fig. 3, wenn zwischen den Ausgängen T1 kein Laststrom fließt. Wenn also die in der Wicklung W1 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 W1 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 W1 erzeugte Spannung erhöht wird, wo durch die Spannung zwischen den Ausgängen T1 konstantge halten wird.

Wenn zwischen den Ausgängen T1 ein Laststrom fließt, tritt ein Spannungsabfall z. B. durch die Wicklung W1 des HF- Transformators auf, so daß die Ausgangsspannung zwischen den Ausgängen T1 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 W1 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 Spannungsabtast- bzw. -fühlschaltung 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 W1 fest gelegt ist, wird nur ein Teil des Spannungsabfalls durch die Wicklung W1 zur Schaltvorrichtung rückgeführt. Infolge dessen werden Schwankungen der in den Wicklungen W2, W3 und W4 erzeugten Spannungen unterdrückt, obwohl die Schwankung der Spannung zwischen den Ausgängen T1, die auf den Span nungsabfall durch die Wicklung W1 zurückgeht, nicht voll ständig beseitigt wird.

Gemäß Fig. 2 sind die Widerstandswerte der Widerstände 9, 14 und 15 mit R1, R2 und R3 angegeben. Die Spannung zwi schen den Ausgängen T1, die Ausgangsspannung des Gleich richters 31 und die an den Nebenschlußregler 12 ange legte Spannung sind mit V₀, 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 = R1 · I_R + V_R (1)

V_R = R2 · I_R + R₃ (I_R + I_L) (2)

Außerdem sind der Strom I_R und die Spannung V₀ gegeben durch:

I_R = (V_R - R3 · I_L)/(R2 + R3) (3)

V₀ = (R1 + R2) I_R (4)

Infolgedessen sind die Spannungen V_C und V₀ wie folgt gegeben:

V_C = R1 (V_R - R3 · I_L)/(R2 + R3) + V_R (5)

V₀ = (R1 + R2)(V_R - R₃ · I_L)/(R2 + R3) (6)

Wenn der Widerstand 15 nicht vorgesehen ist, d. h. bei R3 = 0, sind die Spannungen V_C und V₀ einander gleich (V_C = V₀). Damit wird die Spannungsschwankung zwischen den Ausgängen T1, die auf den Spannungsabfall durch die Wick lung W1 zurückgeht, vollständig beseitigt. In diesem Fall tritt jedoch eine unerwünscht starke Schwankung der in den übrigen Sekundärwicklungen W2-W4 erzeugten Spannungen auf. Wenn umgekehrt der Widerstandswert R3 des Widerstands 15 gleich dem Widerstandswert der Wicklung W1 festgelegt ist, kann eine Schwankung der Spannung zwischen den Ausgängen T1 infolge des Spannungsabfalls durch die Wicklung W1 zwar nicht vermieden werden, aber der Einfluß auf die übrigen Wicklungen W2-W4 wird vollständig verhindert, d. h. die Schwankungen der in den Wicklungen W2-W4 erzeugten Span nungen können verhindert werden. Es ist daher möglich, die Rückkopplungsgröße zur Schaltvorrichtung aufgrund einer Änderung des Laststroms in der Wicklungt W1 zu begrenzen, um so den Einfluß der Rückkopplung auf die übrigen Wicklun gen W2-W4 zu unterdrücken, indem die Auslegung so getroffen wird, daß der Widerstand 15 einen geeigneten Wert R3 zwi schen 0 und dem Widerstandswert der Wicklung W1 hat. Es ist ersichtlich, daß durch diese Anordnung die Spannung in der Wicklung W1 wesentlich stabilisiert wird, während eine un günstige Auswirkung auf die übrigen Wicklungen W2-W4 wirk sam vermieden wird.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zwar ein Schaltregler vom Sperrtyp verwendet; aber der beschriebene Wandler 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. Getakteter Gleichspannungswandler für mehrere Ausgangsspannungen mit einem von einer Regelschaltung angesteuerten Schalter und einem Transformator mit Primär- und mehreren Sekundärwicklungen, denen jeweils Gleichrichter und Glättungsglieder nachgeschaltet sind und mit einer Rückkopplungsschaltung, mittels der aus einer der Ausgangsspannungen ein Rückkopplungssignal erzeugt und der Regelschaltung zugeführt wird, wobei das Rückkopplungssignal aus einer dieser Ausgangsspannung proportionalen Spannung gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser proportionalen Spannung (V_R) ein laststromproportionaler Anteil (I_L · R₃) derart hinzugefügt wird, daß der Einfluß einer durch den Widerstand der zugehörigen Sekundärwicklung (W1) verursachten laststromabhängigen Änderung der gleichgerichteten Wicklungsspannung (V_C) auf das Rückkopplungssignal verringert wird.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungsabtast- bzw. -fühlschaltung, die aufweist:
Spannungsteilerwiderstände (9, 14), die die für die Rückkopplung zur Schaltvorrichtung genützte Ausgangs-Gleichspannung teilen, eine als Nebenschlußregler dienende Diode (12), die mit der von den Spannungsteilerwiderständen geteilten Spannung arbeitet, und Rückkopplungsglieder (6, 7, 8) zur Erzeugung des Rückkopplungssignals nach Maßgabe des Zustands der als Nebenschlußregler dienenden Diode (12), wobei der laststromproportionale Anteil (I_L · R₃) durch einen Widerstand (15) abgetastet wird, der zwischen einen Ausgang (T1) des Gleichspannungswandlers (1) und die als Nebenschlußregler dienende Diode (12) geschaltet ist.