DE4306070C1

DE4306070C1 - Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Schaltglieder eines Auf-Abwärts-Spannungswandlers

Info

Publication number: DE4306070C1
Application number: DE19934306070
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Busch; Willi Dipl Ing Sterzik
Original assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2013-02-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Schaltglieder eines Auf-Abwärts-Spannungswandlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Auf-Abwärts-Spannungswandler weist in einem Längszweig der zugehörigen Schal tungsanordnung ein erstes Schaltglied auf, das eine Eingangsspannung auf einen vorgegebe nen Wert einer Ausgangsspannung herabsetzen kann. Ferner ist in der Schaltungsanordnung wenigstens ein zweites Schaltglied in einem Querzweig angeordnet, das die Eingangsspan nung auf einen vorgegebenen Wert der Ausgangsspannung heraufsetzen kann.

Maßgebend für die Arbeit der Schaltglieder ist eine Schaltungsanordnung zu ihrer Ansteue rung. Eine Ansteuerung der Schaltglieder kann in der Weise erfolgen, daß bei einer hohen Eingangsspannung nur solche Schaltglieder mit einem vorgegebenen Tastverhältnis arbeiten, die für die Herabsetzung der Eingangsspannung zuständig sind. Die für die Heraufsetzung der Eingangsspannung zuständigen Schaltglieder bleiben abgeschaltet. Sinkt die Eingangs spannung, steigt das Tastverhältnis solcher zuerst erwähnten Schaltglieder bis auf einen maximalen Wert, der zum Beispiel bei 100% liegen kann. Reicht dieses Tastverhältnis nicht aus, um die Höhe der Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, beginnen die für ein Hochset zen der Eingangsspannung zuständigen Schaltglieder mit steigendem Tastverhältnis zu schalten.

Die Ansteuerung der Schaltglieder kann für das Herabsetzen und das Heraufsetzen der Ein gangsspannung mit zwei getrennten Regelanordnungen erfolgen, die mit zwei getrennten Ansteuerspannungen für die jeweiligen zuständigen Schaltglieder arbeiten. Um ein abge stimmtes Regelverhalten beider Regelanordnungen zu gewährleisten ist es notwendig, die in den jeweiligen Regelanordnungen angeordneten Oszillatoren miteinander zu synchronisie ren. Das bedeutet neben dem erhöhten Aufwand für zwei getrennte Regelanordnungen auch einen erhöhten Aufwand für die Bewerkstelligung der Synchronisation.

Aus dem Dokument DE 39 14 069 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer aus Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller bestehenden Spannungsversorgungseinheit bekannt, die zur Steuerung von Schaltgliedern des Hoch- und des Tiefsetzstellers eine Regelspannungs erzeugungsschaltung zum Bereitstellen einer Regelgröße und einen Oszillator zum Bereit stellen einer Oszillatorspannung sowie zwei Komparatoren aufweist. Die Regelspannungs erzeugungsschaltung und der Oszillator sind beide jeweils mit den Komparatoren verbun den. Den Komparatoren sind Logikschaltungen nachgeschaltet, die aus den Ausgangssigna len der beiden Komparatoren die jeweiligen Steuersignale für die einzelnen Schaltglieder des Hoch- und des Tiefsetzstellers ableiten. Die Logikschaltungen sind aufwendig und weisen für die einzelnen Schaltglieder unterschiedliche Signallaufzeiten auf, durch die Synchronisa tionsfehler auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand für die Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Schaltglieder eines Auf-Abwärts-Spannungswandlers der eingangs genannten Art zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angege benen Merkmale gelöst.

Danach wird nur noch eine Regelanordnung verwendet, die eine erste von zweibenötigten Ansteuerspannungen erzeugt. Der Oszillator und die Regelspannungserzeugungsschaltung dieser Regelanordnung wird für die Erzeugung der noch benötigten zweiten Ansteuerspan nung mitverwendet. Die Spannung des Oszillators wird dabei um ein vorgegebenes Maß ei nes Spannungswertes angehoben.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Danach besteht durch die Wahl des Maßes für die Anhebung der Oszillatorspannung der ei nen Regelanordnung die Möglichkeit, die verschiedenen Betriebsweisen des Auf-Abwärts- Spannungswandlers entweder aneinanderzureihen oder überlappen zu lassen.

Weiter vorteilhaft ist, daß in jedem Fall eine kontinuierliche Regelung der Ausgangsspan nung möglich ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher er läutert.

In der Figur ist ein Auf-Abwärts-Spannungswandler dargestellt, der in einem Längszweig ein erstes Schaltglied T1 und in einem Querzweig ein zweites Schaltglied T2 aufweist. Das erste Schaltglied T1 ermöglicht ein Herabsetzen einer vorgegebenen Eingangsspannung Uin zu einer vorgegebenen Ausgangsspannung Uout, wenn die Eingangsspannung Uin größer ist als die vorgegebene Ausgangsspannung Uout. Das zweite Schaltglied T2 ermöglicht ein Heraufsetzen der Eingangsspannung Uin zu der vorgegebenen Ausgangsspannung Uout, wenn die Eingangsspannung Uin kleiner ist als die vorgegebene Ausgangsspannung Uout.

In der Figur sind neben den genannten Schaltgliedern T1 und T2 noch eine erste Diode D1, eine zweite Diode D2, eine Drosselspule L und ein Ausgangskondensator C gezeigt, die zu sammen mit den zuvor erwähnten Schaltgliedern T1 und T2 in der dargestellten Zusammenschaltung bis auf eine Ansteuerschaltung für die Schaltglieder T1 und T2 einen prinzipiellen Aufbau eines Auf-Abwärts-Spannungswandlers wiedergeben.

Die Ansteuerung des ersten Schaltgliedes T1 erfolgt über eine Steuerspannungserzeugungs schaltung, die eine Regelspannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung einer Regelspan nung Uerr und einen Oszillator OSZ zur Erzeugung einer Oszillatorspannung Uosz auf weist. Die Oszillatorspannung Uosz ist dabei eine Dreieckspannung. Die Regelspannungser zeugungsschaltung ist ein Vergleicher, der in der Weise beschaltet ist, daß an einem zuge hörigen negativen Eingang über einen Eingangsspannungsteiler die Ausgangsspannung Uout des Auf-Abwärts-Spannungswandlers und an einem zugehörigen positiven Eingang eine Referenzspannung Uref zugeführt ist. Als Ergebnis des Vergleichs zwischen der Ausgangs spannung Uout und der Referenzspannung Uref erzeugt der Vergleicher eine Regelspan nung Uerr, die als Maß für die Ansteuerung des Schaltgliedes T1 dient.

Hierzu ist die Regelspannung Uerr an einen positiven und die Oszillatorspannung Uosz an einen negativen Eingang eines ersten Pulsweitenmodulators PWM1 geführt. Der erste Pulsweitenmodulator PWM1 bildet aus den beiden Eingangsspannungen eine erste Steuer spannung Upwm1, die, je nach Größe der Regelspannung Uerr, mit einem Tastverhältnis bis 100% das erste Schaltglied T1 steuert. Das Tastverhältnis ergibt sich aus der Überschnei dung der Regelspannung Uerr mit der dreieckförmigen Oszillatorspannung Uosz.

Für die Erzeugung einer zweiten Steuerspannung Upwm2, die für die Ansteuerung des zweiten Schaltgliedes T2 benötigt wird, wird die Regelspannungserzeugungsschaltung für die Regelspannung Uerr und der Oszillator OSZ der Ansteuerschaltung für das erste Schaltglied T1 mitverwendet. Außer den gerade erwähnten Schaltungsteilen ist zur Erzeu gung der zweiten Steuerspannung Upwm2 ein zweiter Pulsweitenmodulator PWM2 ange ordnet. An einem positiven Eingang des zweiten Pulsweitenmodulators PWM2 ist die Re gelspannung Uerr angelegt. An einem negativen Eingang des zweiten Pulsweitenmodulators PWM2 ist die Oszillatorspannung Uosz angelegt, die durch eine zwischengeschaltete Span nungsanhebeschaltung Uc um ein vorgegebenes Maß angehoben wird.

Das Maß der Anhebung entspricht beispielsweise einem Wert, der dem Spitze-Spitze-Wert der Oszillatorspannung Uosz entspricht. In diesem Fall werden die verschiedenen Betriebs weisen des Auf-Abwärts-Spannungswandlers aneinandergereiht. Entspricht das Maß der Anhebung einem Wert, der kleiner ist als der Spitze-Spitze-Wert der Oszillatorspannung Uosz, überlappen sich die beiden Betriebsweisen des Auf-Abwärts-Spannungswandlers.

Der zweite Pulsweitenmodulator PWM2 vergleicht die Regelspannung Uerr mit der durch die Spannungsanhebeschaltung Uc angehobenen Oszillatorspannung Uosz und bildet daraus die zweite Steuerspannung Upwm2. Die zweite Steuerspannung Upwm2 ist, wie die erste Steuerspannung Upwm1, eine Rechteckspannung mit veränderlichem Tastverhältnis, das sich aus der Überschneidung der Regelspannung Uerr und der angehobenen Oszillatorspan nung Uosz ergibt.

Da die Oszillatorspannung Uosz für den zweiten Pulsweitenmodulator PWM2 angehoben ist, erzeugt der zweite Pulsweitenmodulator PWM2 erst eine zweite Steuerspannung Upwm2, wenn die Regelspannung Uerr in einem Bereich liegt, der sich mit der angehobenen Oszillatorspannung Uosz überdeckt
Entspricht die Anhebung der Oszillatorspannung Uosz dem Spitze-Spitze-Wert der Oszilla torspannung Uosz, wird erstmalig eine zweite Steuerspannung Upwm2 erzeugt, wenn die Regelspannung Uerr den Spitze-Spitze-Wert der Oszillatorspannung Uosz in vollem Um fang überschreitet. Dies hat die schon angesprochene Folge, daß die verschiedenen Be triebsweisen des Auf-Abwärts-Spannungswandlers aneinandergereiht werden, weil die Schaltglieder für das Herabsetzen und für das Heraufsetzen der Eingangsspannung Uin nacheinander angesteuert werden. Entspricht dagegen die Anhebung nicht oder nicht ganz dem Spitze-Spitze-Wert der Oszillatorspannung Uosz, gibt es einen Bereich, in dem die Re gelspannung Uerr sowohl die nicht angehobene als auch die angehobene Oszillatorspannung Uosz überdeckt. Das hat dann die ebenfalls schon angesprochene Folge, daß sich die ver schiedenen Betriebsweisen des Auf-Abwärts-Spannungswandlers in dem angegebenen Be reich überlappen.

In der Fig. 1 ist der erste Pulsweitenmodulator PWM1 vereinfacht dargestellt. Der erste Pulsweitenmodulator PWM1 kann beispielsweise durch ein Schaltregler-IC realisiert sein, in dem zusätzliche notwendige Funktionen wie Strombegrenzung, Softstart, Spannungsstabili sierung und ähnliches enthalten sind. Für den zweiten Pulsweitenmodulator PWM2 sind diese Funktionen und ihre Zusatzschaltungen nicht notwendig, da diese Funktionen vom ersten Pulsweitenmodulator PWM1 übernommen werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Schaltglieder eines Auf-Abwärts-Spannungs wandlers mit einem ersten Schaltglied (T1) in einem Längszweig zur Abwärtswandlung ei ner Eingangsspannung (Uin) und wenigstens einem zweiten Schaltglied (T2) in einem Quer zweig zur Aufwärtswandlung der Eingangsspannung (Uin), von denen das erste Schaltglied (T1) über einen zugehörigen Steuereingang zur Aufnahme einer ersten Steuerspannung (Upwm1) mit einer Steuerspannungserzeugungsschaltung verbunden ist, die eine Regels pannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung einer Regelspannung (Uerr) und einen Oszil lator (OSZ) zur Erzeugung einer Oszillatorspannung (Uosz) aufweist, von denen die Re gelspannungserzeugungsschaltung über jeweils erste Eingänge mit einem ersten und zweiten Pulsweitenmodulator (PWM1, PWM2) und der Oszillator (OSZ) wenigstens mit dem ersten Pulsweitenmodulator (PWM1) zur Erzeugung der ersten Steuerspannung (Upwm1) aus der Regelspannung (Uerr) und der Oszillatorspannung (Uosz) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Pulsweitenmodulator (PWM2) mit einem zweiten Eingang über eine zwi schengeschaltete Spannungsanhebeschaltung (Uc) mit dem Oszillator (OSZ) zur Aufnahme der Oszillatorspannung (Uosz), die durch die Spannungsanhebeschaltung (Uc) um ein vor gegebenes Maß angehoben wird, verbunden ist, und
daß der zweite Pulsweitenmodulator (PWM2) einen Ausgang für eine zweite Steuerspan nung (Upwm2) aufweist, der mit einem Steuereingang des wenigstens einen zweiten Schaltgliedes (T2) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanhebeschaltung (Uc) in der Weise ausgebildet ist, daß die Oszillator spannung (Uosz) in einem Maß angehoben wird, das dem Spitze-Spitze-Wert der Oszilla torspannung (Uosz) entspricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanhebeschaltung (Uc) in der Weise ausgebildet ist, daß die Oszillator spannung (Uosz) in einem Maß angehoben wird, das einem Wert unterhalb dem Spitze- Spitze-Wert der Oszillatorspannung (Uosz) entspricht.