DE60001590T2

DE60001590T2 - Schaltnetzteileinheit

Info

Publication number: DE60001590T2
Application number: DE60001590T
Authority: DE
Inventors: Akio Nagaokakyo-shi Nishida; Koji Nagaokakyo-shi Nakahira
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: EP1020981B1; CA2295382A1; EP1020981A3; EP1020981A2; JP2000278946A; JP3386016B2; MY117434A; US6160720A; CA2295382C; DE60001590D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltstromversorgungseinheit, und insbesondere auf eine Schaltstromversorgungseinheit eines Ruf- bzw. Klingel-Drossel-Wandler-(hierin nachfolgend als RCC = Ringing Choke Converter abgekürzt)-Systems eines Selbsterregungstyps.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im allgemeinen benötigt eine elektronische Ausrüstung, wie z. B. elektronische Rechner oder Kommunikationsvorrichtungen, eine stabile Gleichspannung. Um eine stabile Gleichspannung von einer handelsüblichen Wechselstromleistungsversorgung an eine solche elektronische Ausrüstung zu liefern, wurden daher häufig Schaltstromversorgungseinheiten des RCC-Systems verwendet, bei dem ein relativ leichter Aufbau möglich ist, um eine hohe Effizienz zu erhalten. Eine Struktur einer solchen Schaltstromversorgungseinheit wird mit Bezugnahme auf 6 dargestellt.
Bei dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Schaltstromversorgungseinheit, die eine Eingangsschaltung 2, eine Hauptbetriebsschaltung 3, eine Spannungserfassungsschaltung 4, eine Steuerschaltung 5, einen Ausgangsanschluß OUT und einen Masseanschluß GND umfaßt.
Von diesen Komponenten weist die Eingangsschaltung 2 eine Gleichrichterdiodenbrücke DB, eine Sicherung F und eine Filterschaltung LF auf. Sowohl die Sicherung F als auch die Filterschaltung sind zwischen einer Wechselstromversorgung und einem Eingangsende der Gleichrichterdiodenbrücke DB angeordnet.
Außerdem weist die Hauptbetriebsschaltung 3 folgende Merkmale auf: einen Glättungskondensator C1, der zwischen den Ausgangsenden a und b der Diodenbrücke DB der Eingangsschaltung 2 angeordnet ist, einen Transformator D mit einer Primärwicklung N1, einer Sekundärwicklung N2, die eine Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der Primärwicklung N1 aufweist, und eine Rückkopplungswicklung NB mit der gleichen Polarität wie derjenigen, der Primärwicklung N1, einen FET Q1 als ein Hauptschaltelement, das in Reihe mit einem Ende der Primärwicklung N1 des Transformators T geschaltet ist, einen Startwiderstand R1, der zwischen das andere Ende der Primärwicklung N1 und das Gate als Steueranschluß des FET Q1 geschaltet ist, einen Widerstand R8, der zwischen das Gate und die Source des FET Q1 geschaltet ist, eine Gleichrichterdiode D1, die in Reihe zu einem Ende der Sekundärwicklung N2 des Transformators T geschaltet ist, und einen Glättungskondensator C4, der zwischen ein Ende der Sekundärwicklung N2 und dem Ausgangsanschluß geschaltet ist.
Die Spannungserfassungsschaltung 4, die an der Ausgangsseite der Hauptbetriebsschaltung 3 angeordnet ist, umfaßt einen Widerstand R5, eine lichtemittierende Diode PD an der lichtemittierenden Seite eines Photokopplers PC, einen Nebenschlußregler Sr und Widerstände R6 und R7. Von diesen Komponenten sind der Widerstand R5, die Anode und die Kathode der lichtemittierenden Diode PD und die Kathode des Nebenschlußreglers Sr miteinander in Reihe geschaltet und sind parallel zu dem Kondensator C4 der Hauptbetriebsschaltung 3 angeordnet. Außerdem sind die Widerstände R6 und R7 ebenfalls miteinander in Reihe geschaltet und sind ebenfalls parallel zu dem Kondensator C4 angeordnet. Der Knoten der Widerstände R6 und R7 ist mit einer Referenz des Nebenschlußreglers Sr verbunden.
Ferner umfaßt die Steuerschaltung 5 einen Widerstand R9 und einen Kondensator C3, die zwischen einem Ende der Rückkopplungswicklung NB und dem Gate des FET Q1 in Reihe geschaltet sind, einen Transistor Q2, der zwischen das Gate und die Source des FET Q1 geschaltet ist, einen Widerstand R2, der zwischen ein Ende der Rückkopplungswicklung NB und die Basis des Transistors Q2 geschaltet ist, einen Widerstand R3 und einen Kondensator C2, die parallel zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Q2 geschaltet sind, einen Widerstand R4, eine Diode D2 und einen Phototransistor PT an der lichtaufnehmenden Seite des Photokopplers PC, die zwischen einem Ende der Rückkopplungswicklung NB und der Basis des Transistors Q2 miteinander in Reihe geschaltet sind.
Als nächstes folgt eine Beschreibung des Betriebs einer Schaltstromversorgungseinheit 1 mit einer solchen Struktur.
Zunächst wird bei der Inbetriebnahme über den Widerstand R1 eine Spannung an das Gate des FET Q1 angelegt, um den FET Q1 einzuschalten. Wenn der FET Q1 eingeschaltet ist, ist eine Leistungsversorgungsspannung an die Primärwicklung N1 des Transformators T angelegt, und dann wird an der Rückkopplungswicklung NB eine Spannung mit der gleichen Richtung erzeugt, wie diejenige der Spannung, die an der Primärwicklung N1 erzeugt wird, wobei der FET Q1 durch eine positive Rückwicklung schnell eingeschaltet wird. In dieser Situation wird Erregungsenergie in der Primärwicklung N1 geladen.
Danach, wenn das Basispotential des Transistors Q2 einen Schwellenwert erreicht, wird der Transistor Q2 eingeschaltet, während der FET Q1 ausgeschaltet wird. Dies ermöglicht es, daß die Erregungsenergie, die während der EIN-Zeit des FET Q1 in der Primärwicklung N1 des Transformators T geladen wird, als elektrische Energie über die Sekundärwicklung N2 entladen zu werden. Die Energie wird durch die Diode D1 gleichgerichtet und wird durch den Kondensator C4 geglättet, um zu einer Last geliefert zu werden.
Wenn die Erregungsenergie, die in der Primärwicklung N1 des Transformators T geladen wird, über die Sekundärwicklung N2 entladen wird, wird in der Rückkopplungswicklung NB eine Zeilenrückschlagspannung bzw. Rücklaufspannung (Fly-Back-Spannung) VNB erzeugt. Änderungen bei der Zeilenrückschlagspannung VNB werden mit Bezugnahme auf 7 dargestellt. Bei dieser Figur wird der FET Q1 zu einem Zeitpunkt t11 ausgeschaltet, und die Zeilenrückschlagspannung wird bei einem beinahe festen Wert beibehalten, um in die sogenannte AUS-Zeit einzutreten. Dann wird die Spannung der Diode D1 zu einem Zeitpunkt t12 null, und die Zeilenrückschlagspannung VNB beginnt, in Resonanz zu sein. Zu einem Zeitpunkt t13, wenn die Zeilenrückschlagspannung VNB einen Schwellenwert Vth des FET Q1 erreicht, wird der FET Q1 eingeschaltet. Die gestrichelte Linie der Zeilenrückschlagspannung VNB zeigt Änderungen in einem Fall an, in dem angenommen wird, daß die Zeilenrückschlagspannung VNB weiterhin in Resonanz ist, auch nach dem Einschalten des FET Q1. Wenn der FET Q1 eingeschaltet wird, wird auf diese Weise eine Spannung erneut an die Primärwicklung N1 des Transformators T angelegt, wodurch erneut Erregungsenergie in der Transformatorprimärwicklung geladen wird.
Bei der Schaltstromversorgungseinheit 1 wird die oben beschriebene Oszillationsoperation wiederholt.
In einem stationären Zustand wird die Ausgangsspannung der Last durch die Widerstände R6 und R7 geteilt, und die geteilte Erfassungsspannung wird mit einer Referenzspannung des Nebenschlußreglers Sr verglichen. Nach dem Vergleich wird der Betrag der Fluktuationen in der Ausgangsspannung durch den Nebenschlußregler Rs verstärkt, und Strom, der zu der lichtemittierenden Diode PB des Photokopplers PC fließt, ändert sich, wobei sich die Impedanz des Phototransistors PT gemäß dem lichtemittierenden Betrag der licht emittierenden Diode PB ändert. Diese Operation ermöglicht es, daß die Zeit zum Laden/Entladen des Kondensators C2 geändert wird, so daß die Ausgangsspannung geregelt wird.
Bei der herkömmlichen Schaltstromversorgungseinheit 1 sind jedoch Schaltverluste bei geringer Last groß, was zu einer reduzierten Schaltungseffizienz führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann das vorher erwähnte Problem lösen und eine Schaltstromversorgungseinheit liefern, die in der Lage ist, eine Erhöhung von Schaltverlusten unter geringer Last zu unterdrücken.
Zu diesem Zweck liefert die vorliegende Erfindung eine Schaltstromversorgungseinheit, die eine Gleichstromversorgung, einen Transformator mit einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung und einer Rückkopplungswicklung, und ein Hauptschaltelement umfaßt, das in Reihe geschaltet ist, um durch eine Spannung eingeschaltet zu werden, die an der Rückkopplungswicklung erzeugt wird, so daß eine Gleichstromausgabe erhalten werden kann. Bei dieser Schaltstromversorgungseinheit ist eine Spannungsabfallschaltung zum Senken der Ausgangsspannung vorgesehen, und die Ausgangsspannung wird durch die Spannungsabfallschaltung gesenkt, um eine Zeilenrückschlagspannung zu reduzieren, die während der AUS-Zeit der Hauptschaltung an der Rückkopplungswicklung erzeugt werden, so daß die Spannung eines Steueranschlusses des Hauptschaltelements bei einem niedrigeren Wert beibehalten wird als dem einer Schwellenwertspannung des Hauptschaltelements.
Außerdem sind als die Spannungsabfallschaltung ein Schaltelement und ein Widerstand vorgesehen, die mit dem Kollektor desselben in Reihe geschaltet sind, um eine Impedanz einstellungsschaltung zum Ändern der Impedanz anzuordnen, die die Ausgangsspannung bestimmt.
Ferner ist als die Spannungsabfallspannung eine Referenzspannungseinstellungsschaltung zum Ändern einer Referenzspannung vorgesehen, die die Ausgangsspannung bestimmt.
Ferner wird die Spannungsabfallschaltung durch ein Signal angetrieben, das von außen eingegeben wird.
Gemäß der Schaltstromversorgungseinheit, die die obige Struktur aufweist, ermöglicht es die Spannungsabfalleinrichtung, daß eine Ausgangsspannung gesenkt wird. Da sich in diesem Fall die Zeilenrückschlagspannung, die an der Rückkopplungswicklung des Transformators erzeugt wird, proportional zu der Ausgangsspannung erhöht oder verringert, ermöglicht es das Einstellen des Abfallpegels der Ausgangsspannung und das Reduzieren der Zeilenrückschlagsspannung, die während der AUS-Zeit des Hauptschaltelements erzeugt wird, daß die Spannung des Steueranschlusses des Hauptschaltelements bei einem geringeren Wert in Resonanz ist als dem einer Schwellenwertspannung, bei der das Einschalten des Hauptschaltelements durch die Zeilenrückschlagspannung verhindert werden kann. Diese Operation verzögert das Einschalten des Hauptschaltelements und ermöglicht es, daß die AUS-Zeit desselben verlängert wird, in der die Oszillationsfrequenz in der Schaltstromversorgungseinheit reduziert ist. Als Folge kann eine Erhöhung der Schaltverluste, die durch das Ansteigen der Oszillationsfrequenz bewirkt wird, unterdrückt werden, so daß die Schaltungsfrequenz verbessert werden kann.
Außerdem bildet gemäß der Schaltstromversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung das Schaltelement, das die Impedanzeinstellungsschaltung bildet, während die Spannungsabfallschaltung eingeschaltet ist, bei dem die Impedanz zum Bestimmen der Ausgangsschaltung geändert wird oder die Referenzspannung durch eine Impedanz geändert wird, die an dem Widerstand erzeugt wird, gleichartig die Impedanzeinstellungsschaltung, um die Ausgangsspannung zu ändern.
Zum Zweck der Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, wobei es jedoch klar ist, daß die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Einrichtungen begrenzt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltbild einer Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine darstellende Ansicht, die Änderungen bei einer Spannung zeigt, die an einer Rückkopplungswicklung der in 1 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit erzeugt wird.
3 ist ein Schaltbild, das eine Modifikation der in 1 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit zeigt.
4 ist ein Schaltbild, das eine Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Schaltbild, das eine Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Schaltbild, das eine herkömmliche Schaltstromversorgungseinheit zeigt.
7 ist ein darstellende Ansicht, die Änderungen bei einer Spannung zeigt, die an einer Rückkopplungs wicklung der in 7 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit erzeugt wird.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Hierin nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erklärt.
Eine Struktur einer Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 1 dargestellt. Die Schaltstromversorgungseinheit 1a, die in der Figur gezeigt ist, unterscheidet sich von der Schaltstromversorgungseinheit, die in 6 gezeigt ist, dadurch, daß eine Impedanzeinstellungsschaltung 6 und ein Gleichspannungswandler 7 als eine Spannungsabfallschaltung zum Senken einer Ausgangsspannung V01 an der Ausgangsseite der Spannungserfassungsschaltung 4 angeordnet sind. Bei dieser Figur sind außer der Impedanzeinstellungsschaltung 6 und dem Gleichspannungswandler 7 die gleichen Teile wie diejenigen in 6 oder äquivalente Teile derselben mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
In 1 umfaßt die Impedanzeinstellungsschaltung 6, die die Schaltstromversorgungseinheit 1a bildet, einen Transistor Q3 als ein Schaltelement und Widerstände R10 und R11. Der Emitter des Transistors Q3 ist mit einem Ende der Sekundärwicklung N2 eines Transformators T über eine Diode D1 verbunden, während der Kollektor desselben mit einem Nebenschlußregler Sr der Spannungserfassungsschaltung 4 über den Widerstand R10 verbunden ist. Außerdem ist die Basis des Transistors Q3 mit einem Empfangsanschluß SS über den Widerstand R11 verbunden. Der Empfangsanschluß SS ist mit einem elektronischen Bauelement als eine Last verbunden.
Außerdem ist der Gleichspannungswandler 7 gut als ein Aufwärtswandler (Steg-Up-Converter), ein Abwärtswandler (Step-Down-Converter) oder ein Aufwärts-/Abwärtswandler bekannt. Die detaillierte Erklärung der Struktur desselben ist ausgelassen.
In diesem Fall wird die Schaltstromversorgungseinheit 1a in Verbindung mit einer Übertragungseinheit (nicht gezeigt) verwendet, die in dem elektronischen Bauelement als eine Last angeordnet ist. Das heißt, falls die Last der Schaltstromversorgungseinheit 1a z. B. eine Faksimileeinheit in einer sogenannten Warteperiode (unter geringer Last) ist, in der die Leistungsversorgung der Faksimileeinheit eingeschaltet ist, während kein Senden oder Empfangen von Daten durchgeführt wird, wird ein Signal, das von der Übertragungseinheit (nicht gezeigt) ausgegeben wird, die in der Faksimileeinheit angeordnet ist, über den Empfangsanschluß SS der Schaltstromversorgungseinheit 1a an die Impedanzeinstellungsschaltung 6 angelegt. Dies ermöglicht es, daß der Transistor Q3 der Impedanzeinstellungsschaltung 6 in einen Kontinuitätszustand gesetzt wird, in dem die Impedanz zum Bestimmen des Werts der Ausgangsspannung V01 durch den Widerstand R10 der Impedanzeinstellungsschaltung 6 erzeugt wird, zusätzlich zu den Widerständen R6 und R7 der Spannungserfassungsschaltung 4.
Es folgt eine Beschreibung, wie sich der Wert der Ausgangsspannung V01 mit solchen Impedanzänderungen ändert, durch Verwenden logischer Formeln. In den folgenden Gleichungen (1) bis (3) bezeichnet das Bezugszeichen Vref die Referenzspannung des Nebenschlußreglers Sr, und die Bezugszeichen R6, R7 und R10 zeigen die Widerstandswerte der Widerstände R6, R7 und R10 an.
Die Ausgangsspannung V01, die erhalten wird, wenn der Transistor Q3 der Impedanzeinstellungsschaltung 6 nicht in einem Kontinuitätszustand ist, ist durch die nachfolgende Gleichung (1) angezeigt. V01 = Vref × {(R6 + R7)/R7} (1)
Im Gegensatz dazu ist die Ausgangsspannung V01, die erhalten wird, wenn der Transistor Q3 in einem Kontinuitätszustand ist, durch eine nachfolgende Gleichung (2) angezeigt. V01 = Vref × (1/R7) × {R7 + (R6 × R10)/(R6 + R10)} (2)
Hier gilt eine nachfolgende Gleichung (3). R6 ≥ (R6 × R10)/(R6 + R10) (3)
Außerdem ist die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung V01 der Gleichung (1) und die Ausgangsspannung V02 der Gleichung (2) durch eine nachfolgende Gleichung (4) angezeigt. V01 (die Gleichung(1)) ≥ V01 (die Gleichung (2)) (4)
Die Gleichung (4) gilt nur, wenn R10 unendlich ist.
Wenn, wie es oben beschrieben ist, der Transistor Q3 leitet und sich die Impedanz zum Bestimmen der Ausgangsspannung V01 ändert, fällt die Ausgangsspannung V01.
In dieser Situation ist der absolute Wert der Zeilenrückschlagspannung, der an der Rückkopplungswicklung des Transformators erzeugt wird, ein Wert proportional zu dem Wert, der durch Hinzufügen eines Vorwärtsspannungsabfalls der Diode D1 zu einer Ausgangsspannung gemäß dem Windungsverhältnis der Rückkopplungswicklung erhalten wird. Bei der Schaltstromversorgungseinheit 1a wird ausgenutzt, daß der absolute Wert der Zeilenrückschlagsspannung VNB proportional zu der Ausgangsspannung V01 ist, um den Pegel des Abfalls der Ausgangsspannung V01 durch die Impedanzeinstellungsschaltung 6 einzustellen. Außerdem ist die Zeilenrückschlagspannung VNB, die während der AUS-Zeit des FET Q1 als ein Schaltelement erzeugt wurde, reduziert. Mit dieser Anordnung ist die Schaltstromversorgungseinheit 1a so eingestellt, daß die Spannung des Gate als der Steueranschluß des FET Q1 bei einem niedrigen Wert in Resonanz ist als ein Schwellenwert bei dem der FET Q1 eingeschaltet wird.
2 zeigt solche Änderungen bei der Zeilenrückschlagspannung VNB.
In 2 wird der FET Q1 zu einem Zeitpunkt t1 ausgeschaltet, und nach dem Auftreten eines Stoßes wird die Zeilenrückschlagspannung VNB bei einem beinahe festen Wert beibehalten, um in die sogenannte AUS-Zeit einzutreten.
In dieser Situation ist der absolute Wert der Zeilenrückschlagspannung VNB während der AUS-Zeit durch die nachfolgende Gleichung (5) angezeigt. In Gleichung (5) zeigt das Symbol NB die Windungsanzahl der Primärwicklung an, und das Symbol VF zeigt eine Vorwärtsspannung der Gleichrichterdiode D1 der Hauptbetriebsschaltung 3 an. |VNB| = (NB/N2) × (V01 + VF) (5)
Ferner wird die Ausgangsspannung V01, die in der Gleichung (5) enthalten ist, proportional zu dem Abfall der Ausgangsspannung V01 kleiner, aufgrund des Betriebs der Impedanzeinstellungsschaltung 6, wodurch der absolute Wert der Zeilenrückschlagsspannung VNB reduziert ist. Anders ausgedrückt, der absolute Wert der Zeilenrückschlagsspannung VNB der Schaltstromversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, der durch das Symbol Va in 2 angezeigt ist, ist kleiner als derjenige der herkömmlichen Schaltstromver sorgungseinheit, die durch das Symbol Vb in 7 angezeigt ist.
Obwohl die Zeilenrückschlagsspannung VNB zu einem Zeitpunkt t2 beginnt, in Resonanz zu sein, da dieselbe bis zu dem Zeitpunkt t2 bei einem relativ niedrigen Wert gehalten wird, ist die Amplitude klein und der Wert der Gatespannung des FET Q1 ist dadurch niedriger als der Schwellenwert Vth, mit dem Ergebnis, daß das Einschalten des FET Q1 durch die Zeilenrückschlagsspannung VNB verhindert wird.
Danach wird zu dem Zeitpunkt t3 durch die Startschaltung (die bei diesem Ausführungsbeispiel als der Startwiderstand A1 bezeichnet wird) des FET Q1 eine Spannung an das Gate des FET Qlangelegt, die die Hauptbetriebsschaltung 3 bildet, um den FET Q1 einzuschalten.
Da das Einschalten des FET Q1 verzögert ist und die AUS-Zeit desselben verlängert ist, wie es oben beschrieben wurde, ist die Oszillationsfrequenz reduziert. Daher ist eine Erhöhung bei Schaltverlusten aufgrund dem Anstieg der Oszillationsfrequenz unterdrückt, was zu einer Verbesserung bei der Schaltungseffizienz führt.
Die gesenkte Ausgangsspannung V01 wird durch den Gleichspannungswandler 7 um einen gewünschten Wert zu einer Ausgangsspannung V02 erhöht, die an eine Last geliefert wird.
Nachfolgend wird eine Modifikation der ersten Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf 3 dargestellt. Bei dieser Figur sind die gleichen Teile wie diejenigen in 1 oder die äquivalenten Teile zu denselben mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
Bei einer Schaltstromversorgungseinheit 1b, die in 3 gezeigt ist, ist ein Gleichspannungswandler 7 zwischen beide Enden einer Sekundärwicklung N2 eines Transformators T und einer Spannungserfassungsschaltung 4 geschaltet. Ein Ausgangsanschluß OUT1 wird von einer Impedanzeinstellungsschaltung 6 bereitgestellt, und ein Ausgangsanschluß OUT2 wird von dem Gleichspannungswandler 7 geliefert. Von den Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 können zwei Ausgangsspannungen V01 und V02 mit zueinander unterschiedlichen Werten erhalten werden. Die Impedanzeinstellungsschaltung 6 ermöglicht es, daß die Ausgangsspannung V01 gesenkt wird, um zu einer Last geliefert zu werden. Außerdem führt das Senken der Ausgangsspannung V01 zu einer Reduzierung bei Schaltverlusten und einer Verbesserung der Schaltungseffizienz. Der Gleichspannungswandler 7 ermöglicht es, daß die Ausgangsspannung V02 zu einem gewünschten Wert erhöht wird, und an die Last geliefert wird.
Mit Bezugnahme auf 4 folgt eine Beschreibung einer Struktur einer Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Figur sind die gleichen Teile wie diejenigen in 1 und die äquivalenten Teile dazu mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
Bei einer in 4 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit 1c wird eine Zeilenrückschlagsspannung VNB, die an einer Rückkopplungswicklung NB erzeugt wird, direkt durch eine Impedanzeinstellungsschaltung 6a gesenkt. Die Schaltstromversorgungseinheit 1c umfaßt eine Steuerschaltung 5a, die Impedanzeinstellungsschaltung 6a und einen Gleichspannungswandler 7.
Bei der Steuerschaltung 5a ist ein Transistor Q4 als Alternative zu dem Photokoppler PC der Steuerschaltung 5a angeordnet, die in 1 gezeigt ist, und auf der Basisseite des Transistors Q4 sind Widerstände R12, R13, R14 und R15, eine Diode D3 und ein Kondensator C5 angeordnet. Der Betrieb der Steuerschaltung 5a ist der gleiche wie derjenige der Steuerschaltung, die in einer Schaltstromversorgungseinheit eines herkömmlichen bekannten RCC-Systems verwendet wird, und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
Außerdem weist die Impedanzeinstellungsschaltung 6a, die zwischen beide Enden der Rückkopplungswicklung NB eines Transformators T geschaltet ist, einen Transistor Q3 auf. Der Emitter des Transistors Q3 ist mit einem Ende der Rückkopplungswicklung NB des Transformators T verbunden, und der Kollektor desselben ist über einen Widerstand R10 mit einem Nebenschlußregler Sr1 verbunden. Der Nebenschlußregler Sr1 ist über den Widerstand R13 der Steuerschaltung 5a mit der Basis des Transistors Q verbunden. Ein Knoten des Widerstands R10 und der Nebenschlußregler Sr1 sind mit den Widerständen R16 und R17 verbunden. Darüber hinaus umfaßt die Impedanzeinstellungsschaltung 6a eine Gleichrichterdiode D4 und einen Glättungskondensator C6.
Es folgt eine Beschreibung des Betriebs der Impedanzeinstellungsschaltung 6a mit der obigen Struktur.
In einem stationären Zustand leitet der Transistor Q3 in der Impedanzeinstellungsschaltung 6a nicht. In dieser Situation ist die Ausgangsspannung V01 durch die nachfolgende Gleichung (6) angezeigt. In den folgenden Gleichungen (6) bis (9) zeigt das Symbol Vref ein Referenzpotential des Nebenschlußreglers Sr an, und die Symbole R10, R16 und R17 zeigen die Widerstandswerte der Widerstände R10, R16 und R17 an. Außerdem zeigen die Symbole N2 und NB jeweils Spannungen an, die an der Sekundärwicklung N2 und der Rückkopplungswicklung NB des Transformators T erzeugt werden. Das Symbol VF zeigt eine Vorwärtsspannung der Diode D1 an. V01 = Vref × {(R16 + R17)/R17} × (N2 / NB) + VF (6)
Unter geringer Last wird ein Signal von einer elektronischen Vorrichtung als eine Last an die Impedanzeinstel lungsschaltung 6a angelegt, über einen Empfangsanschluß SS, wodurch der Transistor Q3 leitet. Die Ausgangsspannung V01, die in dieser Situation erhalten wird, ist durch die folgende Gleichung (7) angezeigt. V012 = Vref × (1/R17) × {R17 + (R16 × R10)/(R16 + R17)} (7)
In dieser Situation gilt die folgende Gleichung (8). R16 ≥ (R16 × R10)/(R16 + R10) (8)
Daher ist die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung V01 der obigen Gleichung (6) und der Ausgangsspannung V01 der obigen Gleichung (7) durch eine nachfolgende Ungleichheit (9) angezeigt. V01 (die Gleichung (6)) > V01 (die Gleichung (7)) (9)
Wenn der Transistor Q3 leitet und die Impedanz zum Bestimmen der Ausgangsspannung V01 sich dadurch ändert, fällt auf diese Weise die Ausgangsspannung V01.
Ferner ist die Schaltstromversorgungseinheit 1c eingestellt, so daß der Abfallpegel des Abfalls der Ausgangsspannung V01 durch die Impedanzeinstellungsschaltung 6a eingestellt ist, und eine Amplitude innerhalb eines Bereichs unterhalb des Schwellenwerts des FET Q1 als ein Hauptschaltelement erzeugt wird. Dies ermöglicht es, daß die AUS-Zeit des FET Q1 verlängert wird, so daß die Oszillationsfrequenz reduziert ist, wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels. Daher ist eine Erhöhung bei den Schaltverlusten aufgrund des Anstiegs der Oszillationsfrequenz unterdrückt und die Schaltungseffizienz kann dadurch verbessert werden.
Außerdem, während die Zeilenrückschlagsspannung VNB fällt, fällt die Ausgangsspannung V01 mit einem Wert proportional zu dem Wert der Zeilenrückschlagsspannung VNB. Der Gleichspannungswandler 7 ermöglicht es jedoch, daß die Ausgangsspannung V01 in einen gewünschten Wert zu einer Ausgangsspannung V02 erhöht wird, die zu einer Last geliefert wird.
Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, ist es als eine Modifikation der in 4 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit 1c möglich, eine Schaltstromversorgungseinheit zu verwenden, wie z. B. die in 3 gezeigte Schaltstromversorgungseinheit 1b, in der die Position des Gleichspannungswandlers 7 geändert ist und die beiden Ausgangsanschlüsse, die in der Lage sind, zueinander unterschiedliche Ausgangsspannungen zu erhalten, vorgesehen sind.
Es folgt eine Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 5. In dieser Figur sind die gleichen Teile wie diejenigen in 1 oder die äquivalenten Teile zu denselben mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Erklärung derselben ist ausgelassen.
In einer in 5 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit 1d ist statt der Spannungserfassungsschaltung 4 und der Impedanzeinstellungsschaltung 6 eine Referenzspannungseinstellungsschaltung 8 als eine Spannungsabfallschaltung angeordnet.
Die Referenzspannungseinstellungsschaltung 8 umfaßt Widerstände R5, R6, R7, R10, eine lichtemittierende Diode PD der lichtemittierenden Seite eines Photokopplers PC, einen Transistor Q4, eine Kondensator C5, einen Differenzverstärker OP und eine Spannungsquelle 9.
Der Widerstand R5, die lichtemittierende Diode PD und der Transistor Q4 sind zueinander in Reihe geschaltet und sind parallel zu einem Kondensator 4 einer Hauptbetriebsschaltung 3 angeordnet. Außerdem sind die Widerstände R6 und R7 zueinander in Reihe geschaltet und sind auf gleichartige Weise parallel zu dem Kondensator 4 angeordnet. Der Knoten der Widerstände R6 und R7 ist mit einem invertierenden Eingangsende des Differenzverstärkers OP verbunden. Eine Spannung, die an der Spannungsquelle 0 erzeugt wird, ändert sich ansprechend auf ein Signal von einer elektronischen Vorrichtung als eine Last. Die Spannung, die an der Spannungsquelle 9 erzeugt wird, wird an das nichtinvertierende Eingangsende des Differenzverstärkers OP angelegt. Das Ausgangsende des Differenzverstärkers OP ist mit der Basis des Transistors Q4 verbunden.
In dieser Situation wird als Referenzspannung des Differenzverstärkers Op die Spannung verwendet, die an der Spannungsquelle 9 erzeugt wird. Die Spannung, die an der Spannungsquelle 9 erzeugt wird, kann als variable Referenzspannung bezeichnet werden, die sich ansprechend auf das Signal von der elektronischen Vorrichtung als eine Last ändert. Der Differenzverstärker OP und der Transistor Q4 arbeiten als Fehlerverstärker. Beide sind wirksam, um die Potentialdifferenz zwischen dem positiven (+) und negativen (–) Anschluß auf Null zu setzen, mit dem Ergebnis, daß eine Ausgangsspannung V02 proportional zu der variablen Referenzspannung erhalten werden kann.
In diesem Fall ist es statt dem Ändern der Spannung, die an der Spannungsquelle 9 erzeugt wird, durch das Signal von der elektronischen Vorrichtung als eine Last auch möglich, dieselbe durch ein Signal von einem Sender zu ändern, der in der Schaltleistungsversorgungseinheit 1d angeordnet ist.
Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, ist es als eine Modifikation der in 5 gezeigten Schaltstromversorgungseinheit 1d möglich, eine Schaltstromversorgungseinheit, wie z. B. die in 3 gezeigte Stromversorgungseinheit 1b zu verwenden, bei der die Position des Gleichspannungswandlers 7 geändert wird und die beiden Ausgangsanschlüsse, die in der Lage sind, zueinander unterschiedliche Ausgangsspannungen zu erhalten, vorgesehen sind.
Die Impedanzeinstellungsschaltung, die in jedem obigen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, arbeitet, um die Spannung zu senken, die an der Sekundärwicklung NB des Transformators erzeugt wird. Eine Schaltung mit jeder anderen Struktur kann jedoch für diese eingesetzt werden, solange die Schaltung auf die gleiche Weise arbeitet.
Ferner wurde in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele die Schaltstromversorgungseinheit mit den beiden Ausgangsanschlüssen als Schaltstromleistungsversorgungseinheit mit einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen dargestellt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in dem Fall einer Schaltstromversorgungseinheit angewendet werden, die drei oder mehr Ausgangsanschlüsse aufweist, von denen jeweils eine Ausgangsspannung mit einem unterschiedlichen Wert erhalten werden kann.
Obwohl jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele einen Fall annimmt, in dem ein Transistor als ein Schaltelement einer Spannungsabfallschaltung angeordnet ist, kann ferner jedes andere Element als Alternative zu dem Transistor verwendet werden, solange derselbe auf die gleiche Weise arbeitet wie der Transistor.
Obwohl jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele einen Fall gezeigt hat, in dem unter geringer Last (in einer Wartezeit) nach dem Abfall einer Ausgangsspannung, der Gleichspannungswandler die Spannung erhöht, im Gegensatz dazu ist es ferner möglich, eine Struktur zu verwenden, bei der der Gleichspannungswandler (ein Spannungsabfallwandler) eine Ausgangsspannung in einer Wartezeit senkt, während die gesenkte Ausgangsspannung ausgegeben wird, ohne erhöht/gesenkt zu werden, und ohne sich in einer Wartezeit zu senken.
Obwohl jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele einen Fall gezeigt hat, in dem der Gleichspannungswandler eine Ausgangsspannung erhöht oder senkt, wenn der Spannungsabfall in einer Wartezeit erlaubt ist, ist es ferner nicht notwendig, einen Gleichspannungswandler vorzusehen.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zum Ausführen der hierin offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche angesehen. Daher ist klar, daß der Schutzbereich der Erfindung nicht beschränkt werden soll, außer es ist in den Ansprüchen anderweitig ausgeführt.

Claims

Eine Schaltstromversorgungseinheit, die folgende Merkmale umfaßt: eine Gleichstromversorgung (2); einen Transformator (T) mit einer Primärwicklung (N1), einer Sekundärwicklung (N2) und einer Rückkopplungswicklung (NB); ein Hauptschaltelement (Q1), das in Reihe mit der Primärwicklung (N1) geschaltet ist, um durch eine Spannung eingeschaltet zu werden, die an der Rückkopplungswicklung (NB) erzeugt wird; und eine Spannungsabfallschaltung (6, 7) zum Senken einer Ausgangsspannung (V01), die von der Sekundärwicklung (N2) erhalten wird, um eine Zeilenrückschlagspannung an der Rückkopplungswicklung (NB) zu reduzieren, so daß eine Spannung an einem Steueranschluß des Hauptschaltelements (Q1) bei einem niedrigeren Wert beibehalten wird als demjenigen einer Schwellenwertspannung (Vth) des Hauptschaltelements (Q1).
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß Anspruch 1, bei der die Spannungsabfallschaltung (6, 7) eine Impedanzeinstellungsschaltung (6) zum Ändern einer Impedanz, die die Ausgangsspannung (V01) bestimmt, umfaßt, wobei die Impedanzeinstellungsschaltung (6) ein Schaltelement (Q3) umfaßt, das Schaltanschlüsse und einen Widerstand (R11) umfaßt, der mit einem Schaltanschluß des Schaltelements (Q3) in Reihe geschaltet ist.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Spannungsabfallschaltung (6, 7) eine Referenzspannungseinstellungsschaltung zum Ändern einer Referenzspannung umfaßt, die die Ausgangsspannung (V01) bestimmt.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Spannungsabfallschaltung (6, 7) ein externes Eingangssignal empfängt und die Ausgangsspannung ansprechend auf das Signal senkt.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen Gleichspannungswandler (7) umfaßt, der mit der Sekundärwicklung (N2) gekoppelt ist, zum Einstellen der Ausgangsspannung (V01) der Sekundärwicklung auf einen gewünschten Pegel.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß Anspruch 5, bei der sowohl der Ausgang (V02) des Gleichspannungswandlers (7) als auch der Ausgang (V01) der Sekundärwicklung als Leistungszuführausgänge (OUT1, OUT2) vorgesehen sind.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Spannungsabfallschaltung (6, 7) mit der Sekundärwicklung (N2) gekoppelt ist.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Spannungsabfallschaltung (6a) mit der Rückkopplungswicklung (NB) gekoppelt ist.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der ein Steuerausgang der Spannungsabfallschaltung (6, 7) mit einem Steuereingang eines Spannungsreglers (4) zum Regeln der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung (V01) gekoppelt ist.
Die Schaltstromversorgungseinheit gemäß Anspruch 3, bei der die Referenz- oder Spannungseinstellungsschaltung eine Komparatorschaltung umfaßt, die eine variable Referenzspannung von einer variablen Referenzspannungsquelle mit einer Ausgangsspannung (V01) der Sekundärwicklung (N2) vergleicht, wobei ein Ausgang der Komparatorschaltung ein Steuersignal für eine Regulatorschaltung zum Regulieren der Ausgangsspannung (V01) der Sekundärwicklung (N2) umfaßt, wobei die variablere Referenzspannungsquelle einen Steuereingang zum Ändern einer Spannung umfaßt, die durch die variable Referenzspannungsquelle ansprechend auf ein Steuersignal geliefert wird.