DE60023399T2

DE60023399T2 - Stromversorgungsgerät

Info

Publication number: DE60023399T2
Application number: DE60023399T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Shinagawa-ku Sasaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: TW497323B; JP2001008452A; DE60023399D1; US6292377B1; EP1063758B1; EP1063758A2; EP1063758A3

Description

Diese Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät mit mehreren parallel geschalteten Resonanz-Umschalt-Stromwandlern. Ein solches Stromversorgungsgerät ist in der US-Patentschrift 4 912 612 beschrieben, die zwei parallel geschaltete Stromwandler zeigt, deren Primärströme ausgeglichen sind.
Resonanz-Umschalt-Stromwandler sind bekannt. Ein Resonanz-Umschalt-Stromwandler wird gebildet, indem eine Resonanzschaltung einem Schaltransistor hinzugefügt wird, um Spannungen umzuschalten. Resonanz-Umschalt-Stromwandler haben den bedeutenden Vorteil, dass der durch die Primärseite des Transformators fließende elektrische Strom aufgrund der hinzugefügten Resonanzschaltung Sinuswellenform aufweist, wodurch der Stromverlust und die durch das Umschalten hervorgerufene Umschaltstörung verringert werden.
Stromversorgungsgeräte, die durch Parallelschalten mehrerer solcher Resonanz-Umschalt-Stromwandler gebildet werden, sind ebenfalls bekannt. Es ist möglich, einer Last viel Energie zuzuführen, wenn mehrere Resonanz-Umschalt-Stromwandler parallel geschaltet sind.
1 der beigefügten Zeichnungen zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines bekannten Stromversorgungsgeräts, das durch Verbinden von zwei Resonanz-Umschalt-Stromwandlern gebildet wird.
Das bekannte Stromversorgungsgerät 100 von 1 umfasst einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 102, eine Leistungsfaktor-Verbesserungsschaltung (L. F. V.) 103, einen ersten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 104, einen zweiten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 105, eine Frequenzregelungsschaltung 106 und eine Rückkopplungsschaltung 107.
Üblicherweise wird an den Wechselstrom-Eingangsanschluss 102 des bekannten Stromversorgungsgeräts 100 eine Netz-Wechselspannung angelegt. Die angelegte Wechselspannung wird dann der Leistungsfaktor-Verbesserungsschaltung 103 zugeführt. Nach Erhöhen der angelegten Wechselspannung und Verbesserung ihres Leistungsfaktors richtet die Leistungsfaktor-Verbesserungsschaltung 103 die Wechselspannung gleich und liefert eine Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein), die z. B. 380 V betragen kann.
Die Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) wird dann dem ersten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 104 und dem zweiten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 105 zugeführt. Im Folgenden werden der erste Resonanz-Umschalt-Stromwandler 104 und der zweite Resonanz-Umschalt-Stromwandler 105 einfach als erster Stromwandler 104 und zweiter Stromwandler 105 bezeichnet.
Der erste Stromwandler 104 wird durch ein von der Frequenzregelungsschaltung 106 kommendes Frequenzregelungssignal in Bezug auf seine Umschaltfrequenz gesteuert und wandelt die erhaltene Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) um, die so stabilisiert ist, dass sie einen vorgegebenen Spannungswert aufweist. Der zweite Stromwandler 105 wird durch ein von der Frequenzregelungsschaltung 106 kommendes Frequenzregelungssignal ebenfalls in Bezug auf seine Umschaltfrequenz gesteuert und wandelt die erhaltene Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) um, die so stabilisiert ist, dass sie einen vorgegebenen Spannungswert aufweist. Der Ausgangsanschluss des ersten Stromwandlers 104 und derjenige des zweiten Stromwandlers 105 sind parallel geschaltet und werden dazu verwendet, an die Last 101 ihre Gleichstrom-Ausgangsspannungen (Vaus) anzulegen.
Der erste Stromwandler 104 weist einen Gleichstrom-Eingangsanschluss 111 auf, an dem an ihn die Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) angelegt wird. Der erste Stromwandler 104 weist ferner einen Regelungssignal-Eingangsanschluss 112 auf, über den ihm ein von der Frequenzregelungsschaltung 106 kommendes Frequenzregelungssignal zugeführt wird.
Der erste Stromwandler 104 weist einen ersten Schaltransistor 113 und einen zweiten Schaltransistor 114 auf. Der Kollektor des ersten Schaltransistors 113 ist mit dem Gleichstrom-Eingangsanschluss 111 verbunden. Der Kollektor des zweiten Schaltransistors 114 ist mit dem Emitter des ersten Schaltransistors 113 verbunden, wobei der Emitter des zweiten Schaltransistors 114 geerdet ist.
Der erste Stromwandler 104 weist ferner einen Übertrager 115 zum Steuern des ersten Schaltransistors 113 und zweiten Schaltransistors 114 auf.
Der Übertrager 115 umfasst eine Primärwicklung 115a und zwei Sekundärwicklungen 115b, 115c. Der Primärwicklung 115a des Übertragers 115 wird über den Regelungssignal-Eingangsanschluss 112 das von der Frequenzregelungsschaltung 106 kommende Frequenzregelungssignal zugeführt. Die beiden Sekundärwicklungen 115b, 115c des Übertragers 115 sind entgegengesetzt gewickelt. Eine der Sekundärwicklungen, bzw. die Sekundärwicklung 115b, ist an einem Ende über einen Widerstand 116 mit der Basis des ersten Schaltransistors 113 und am anderen Ende mit dem Emitter des Schaltransistors 113 verbunden. Die andere Sekundärwicklung, bzw. die Sekundärwicklung 115c, ist dagegen an einem Ende mit der Basis des zweiten Schaltransistors 114 und am anderen Ende mit dem Emitter des zweiten Schaltransistors 114 verbunden.
Der erste Schaltransistor 113 und der zweite Schaltransistor 114, die mit den beiden entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen 115b, 115c des Übertragers 115 verbunden sind, werden gemäß dem in die Primärwicklung 115a des Übertragers 115 eingegebenen Frequenzregelungssignal komplementär geschaltet.
Der erste Stromwandler 104 umfasst einen Isoliertransformator 117, einen auf der Primärseite des Isoliertransformators 117 angeordneten Resonanzkondensator 118 sowie eine erste Gleichrichtdiode 121 und eine zweite Gleichrichtdiode 122, die auf der Sekundärseite des Isoliertransformators 117 angeordnet sind.
Die Primärwicklung 117a des Isoliertransformators 117 ist an einem Ende mit dem Emitter des ersten Schaltransistors 113 verbunden und am anderen Ende über den Resonanzkondensator 118 und einen Widerstand 120 geerdet. Die Sekundärwicklung 117b des Isoliertransformators 117 ist an einem Ende mit der Anode der ersten Gleichrichtdiode 121 und am anderen Ende mit der Anode der zweiten Gleichrichtdiode 122 verbunden. Die Kathode der ersten Gleichrichtdiode 121 und diejenige der zweiten Gleichrichtdiode 122 sind mit dem positiven Ausgangsanschluss 123 verbunden, wohingegen der negative Ausgangsanschluss 124 mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 117b des Isoliertransformators 117 verbunden ist.
Wenn der erste Schaltransistor 113 und der zweite Schaltransistor 114 des den obigen Aufbau aufweisenden ersten Stromwandlers 104 gemäß dem von der Frequenzregelungsschaltung 106 kommenden Frequenzregelungssignal komplementär und wiederholt ein- und ausgeschaltet werden, wird eine Spannung, die eine rechteckige Wellenform aufweist, an die entgegengesetzten Enden der Primärwicklung 117a des Isoliertransformators 117 angelegt. Wenn eine Spannung mit einer solchen rechteckigen Wellenform angelegt wird, fließt aufgrund des Zusammenwirkens der Kapazität des Resonanzkondensators 118 und der Induktivität des Isoliertransformators 117 durch die Primärwicklung 117a ein Resonanzstrom, der eine Sinuswellenform aufweist. Es ist anzumerken, dass nur dann ein Resonanzstrom durch die Primärwicklung 117a des Isoliertransformators 117 fließt, wenn an ihre entgegengesetzten Enden solch eine Spannung angelegt wird. Beim Hindurchfließen eines Resonanzstroms durch die Primärwicklung 117a wird die der Primärwicklung 117a zugeführte Energie auf die Sekundärwicklung 117b übertragen, so dass durch diese ein elektrischer Strom fließt. Der durch die Sekundärwicklung 117b fließende Strom wird von den beiden Gleichrichtdioden 121, 122 gleichgerichtet und am positiven Ausgangsanschluss 123 abgegeben.
Die Last 101 ist zwischen den positiven Ausgangsanschluss 123 und den negativen Ausgangsanschluss 124 des den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden ersten Stromwandlers 104 geschaltet. Zusätzlich ist zwischen dem positiven Ausgangsanschluss 123 und dem negativen Ausgangsanschluss 124 ein Glättungskondensator 125 angeordnet, so dass der Last 101 vom ersten Stromwandler 104 eine stabilisierte Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mit vorgegebenem Spannungswert zugeführt wird.
Der zweite Stromwandler 105 ist ebenso aufgebaut wie der erste Stromwandler 104.
Am Gleichstrom-Eingangsanschluss 111 des zweiten Stromwandlers 105 wird eine Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) angelegt und dem Regelungssignal-Eingangsanschluss 112 des zweiten Stromwandlers 105 wird von der Frequenzregelungsschaltung 106 ein Frequenzregelungssignal zugeführt.
Die Last 101 ist außerdem zwischen den positiven Ausgangsanschluss 123 und den negativen Ausgangsanschluss 124 des den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden zweiten Stromwandlers 105 geschaltet. Zusätzlich ist zwischen dem positiven Ausgangsanschluss 123 und dem negativen Ausgangsanschluss 124 ein Glättungskondensator 125 angeordnet, so dass der Last 101 vom zweiten Stromwandler 105 eine stabilisierte Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mit vorgegebenem Spannungswert zugeführt wird.
Die Rückkopplungsschaltung 107 weist einen Differenzverstärker 131, eine Bezugsspannungsquelle 132 und einen Optokoppler 133 auf.
Der invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 131 ist mit dem Verbindungspunkt von spannungsteilenden Widerständen 136 und 137 zum Teilen der an die Last 101 angelegten Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) verbunden. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 131 ist mit der eine Bezugsspannung (VBez) erzeugenden Bezugsspannungsquelle 132 verbunden.
Der Optokoppler 133 umfasst ein lichtemittierendes Element, bei dem es sich um eine lichtemittierende Diode 134 handelt, und ein lichtaufnehmendes Element, bei dem es sich um einen Phototransistor 135 handelt. Die Anode der lichtemittierenden Diode 134 des Optokopplers 133 ist mit den positiven Ausgangsanschlüssen 123 der Stromwandler 104 und 105 verbunden. Die Kathode der lichtemittierenden Diode 134 des Optokopplers 133 ist über einen Widerstand 138 mit dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 131 verbunden. Der Emitter des Phototransistors 135 des Optokopplers 133 ist geerdet. Der Kollektor des Phototransistors 135 des Optokopplers 133 ist über Eingangswiderstände 141, 142 der Frequenzregelungsschaltung 106 mit dem Rückkopplungsanschluss der Frequenzregelungsschaltung 106 verbunden.
Bei der den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden Rückkopplungsschaltung 107 erfasst der Differenzverstärker 131 die Spannung, die durch Teilen der an die Last 101 angelegten Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 136 und 137 erhalten wird, sowie die Fehlerspannung, die die Differenz zwischen dieser Spannung und der Bezugsspannung (VBez) der Bezugsspannungsquelle 132 repräsentiert. Die Fehlerspannung wird dann über den Optokoppler 133 an den Rückkopplungsanschluss der Frequenzregelungsschaltung 106 angelegt.
Die Frequenzregelungsschaltung 106 regelt gemäß der an den Rückkopplungsanschluss angelegten Fehlerspannung die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, das sie den Stromwandlern 104 und 105 zuführt. Insbesondere erhöht die Frequenzregelungsschaltung 106 die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wenn die Spannung, die durch Teilen der Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 136 und 137 erhalten wird, höher ist als die Bezugsspannung (VBez). Die Frequenzregelungsschaltung 106 senkt die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wenn die Spannung, die durch Teilen der Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 136 und 137 erhalten wird, niedriger ist als die Bezugsspannung (VBez).
Es ist anzumerken, dass die auf die Sekundärwicklung 117b des Isoliertransformators 117 des ersten Stromwandlers 104 und zweiten Stromwandlers 105 übertragene elektrische Energie ausgedrückt wird durch "an der Primärwicklung 117a angelegte Spannung" mal "durch die Primärwicklung 117a fließender Resonarzstrom". Wie oben beschrieben, hat der durch die Primärwicklung 117a des Isoliertransformators 117 der beiden Stromwandler 104, 105 fließende Resonanzstrom im Wesentlichen Sinuswellenform. Daher wird die auf die Sekundärwicklung 117b übertragene Energie erhöht, wenn die Umschaltfrequenz des Resonanzstroms sinkt, und gesenkt, wenn die Umschaltfrequenz des Resonanzstroms steigt. Somit kann die auf die Sekundärwicklung 117b übertragene Energie dadurch geregelt werden, dass die Umschaltfrequenz des Resonanzstroms variabel gestaltet wird.
Bei dem oben beschriebenen bekannten Stromversorgungsgerät 100 wird die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wie oben beschrieben, als Funktion der an die Last 101 angelegten Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) geändert.
Genauer gesagt, die Rückkopplungsschaltung 107 vergleicht die an die Last 101 angelegte Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mit der Bezugsspannung (VBez) und senkt die Eingangsspannung des Rückkopplungsanschlusses der Frequenzregelungsschaltung 106, wenn die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) die Bezugsspannung (VBez) unterschreitet; und sie erhöht die Eingangsspannung des Rückkopplungsanschlusses der Frequenzregelungsschaltung 106, wenn die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) die Bezugsspannung (VBez) überschreitet. Die Frequenzregelungsschaltung 106 erhöht die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) der Stromwandler 104, 105 zu senken, wenn die Eingangsspannung des Rückkopplungsanschlusses hoch ist. Die Frequenzregelungsschaltung 106 senkt dagegen die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) der Stromwandler 104, 105 zu erhöhen, wenn die Eingangsspannung des Rückkopplungsanschlusses niedrig ist.
Bei der oben beschriebenen Regelung kann das bekannte Stromversorgungsgerät 100 an die Last 101 eine stabilisierte Gleichspannung anlegen.
Der erste Stromwandler 104 und der zweite Stromwandler 105 dieses bekannten Stromversorgungsgeräts 100 werden, wie oben beschrieben, durch das gleiche Frequenzregelungssignal schaltgesteuert. Mit anderen Worten, sie werden mit der gleichen Umschaltfrequenz betätigt. Somit können die Resonanzströme des ersten Stromwandlers 104 und zweiten Stromwandlers 105 voneinander abweichen, wenn zwischen ihnen eine Nichtübereinstimmung bei der Impedanz des Isoliertransformators 117, der Impedanz und Kapazität des Resonanzkondensators 118, der Kopplung der Primärwicklung 117a und Sekundärwicklung 117b des Isoliertransformators 117 und der Impedanz der Sekundärseite des Isoliertransformators 117 vorliegt. Da die an den ersten Stromwandler 104 angelegte Spannung und die an den zweiten Stromwandler 105 angelegte Spannung gleich hoch sind, liefern die beiden Stromwandler 104 und 105 nicht mehr die gleiche Energie, wenn sich ihre Resonanzströme unterscheiden.
Die Induktivität eines Isoliertransformators fluktuiert normalerweise um etwa ±10 bis ±15%. Und die Kapazität eines Kondensators fluktuiert normalerweise um etwa ±3 bis ±5%. Daher ergibt sich zwischen den Stromwandlern 104 und 105 eine Differenz von 20 bis 30%, was ihren Anteil an der Ausgangsleistung anbelangt, wenn nur die Fluktuationen bei der Induktivität des Isoliertransformators und diejenigen bei der Kapazität des Kondensators in Betracht gezogen werden.
Wenn bei einem Stromversorgungsgerät, das mehrere parallel geschaltete Resonanz-Umschalt-Stromwandler umfasst, die Ausgangsleistung nicht zu gleichen Teilen auf die Stromwandler entfällt, sind diejenigen, die den größeren Anteil an der Ausgangsleistung haben, einer hohen Belastung ausgesetzt, was zu Lasten ihrer Zuverlässigkeit und der Lebensdauer ihrer Bauteile geht. Zusätzlich wird im Fall eines Stromversorgungsgeräts mit hoher Ausgangsleistung, die 500 bis 1.000 W überschreitet, zur Erzielung einer hohen Effizienz bewirkt, dass sich die Ausgangsleistung in Bezug auf die Umschaltfrequenz sehr stark ändert. Somit sollte die Ausgangsleistung zu gleichen Teilen auf die Stromwandler eines solchen Stromversorgungsgeräts entfallen. Wenn die Ausgangsleistung im Verhältnis von 7 zu 3 auf die Stromwandler 104 und 105 des oben beschriebenen Stromversorgungsgeräts 100 entfällt und der Anteil des Stromwandlers, der normalerweise zu 70% zur Ausgangsleistung beiträgt, abrupt ansteigt, kann das Gerät ausfallen, da der Stromwandler der übermäßigen Belastung nicht mehr standhält.
Angesichts der oben dargelegten Sachverhalte hat die vorliegende Erfindung daher zur Aufgabe, ein Stromversorgungsgerät mit mehreren Resonanz-Umschalt- Stromwandlern, die parallel geschaltet sind und zu gleichen Teilen zur Ausgangsleistung des Geräts beitragen, zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1 geschaffen wird.
Somit sind mehrere Resonanz-Umschalt-Stromwandler mit der Last in einem erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerät verbunden. Die durch die jeweiligen Resonanz-Umschalt-Stromwandler fließenden Resonanzströme werden erfasst und so gesteuert, dass sie die gleiche Amplitude aufweisen.
Somit werden bei einem erfindungsgemäßen Stromversorgungsgerät, das mehrere mit einer Last verbundene Resonanz-Umschalt-Stromwandler umfasst, die durch die Resonanz-Umschalt-Stromwandler fließenden Resonanzströme so geregelt, dass sie die gleiche Amplitude aufweisen.
Infolgedessen kann ein erfindungsgemäßes Stromversorgungsgerät der Last eine hohe Ausgangsleistung zuführen. Gleichzeitig ist ein erfindungsgemäßes Stromversorgungsgerät sehr zuverlässig, da die Resonanz-Umschalt-Stromwandler so gesteuert werden, dass sie die gleiche Ausgangsleistung liefern. Angesichts dessen, dass der Temperaturanstieg der wärmeerzeugenden Bauteile des Geräts dessen Lebensdauer bedeutend verkürzen kann, werden diese außerdem so gesteuert, dass ihr Temperaturanstieg einen gleichmäßigen Verlauf aufweist. Weiterhin kann das Gerät sich einem abrupten Anstieg der Belastung anpassen und ist nicht anfällig für Systemfehler, wie z. B. Totalausfällen, da die Belastung des erfindungsgemäßen Stromversorgungsgeräts gleichmäßig und zu gleichen Teilen auf die Resonanz-Umschalt-Stromwandler entfällt.
1 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines bekannten Stromversorgungsgeräts.
2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Stromversorgungsgeräts.
3 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm der Resonanz-Umschalt-Stromwandler der Ausführung von 2.
4 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Resonanz-Umschalt-Stromwandlers der Ausführung von 2, zur Darstellung des Resonanzstroms.
5 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Resonanzstrom-Ausgleichschaltung der Ausführung von 2, die durch Modifizierung der ursprünglichen erhalten wurde.
6 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer weiteren Resonanzstrom-Ausgleichschaltung der Ausführung von 2, die durch Modifizierung der ursprünglichen erhalten wurde.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungen dieser Erfindung zeigen, beschrieben.
2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Stromversorgungsgeräts.
Das Stromversorgungsgerät 1 von 2 umfasst mehrere Resonanz-Umschalt-Stromwandler, die parallel an eine Last angeschlossen sind.
Das Stromversorgungsgerät 1 umfasst einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 2, eine Leistungsfaktor-Verbesserungsschaltung (L. F. V.) 3, einen ersten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 4, einen zweiten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 5, eine erste Frequenzregelungsschaltung 6, eine zweite Frequenzregelungsschaltung 7, eine Rückkopplungsschaltung 8 und eine Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9. Ein auf diese Weise aufgebautes Stromversorgungsgerät 1 kann die Last stabil mit einer Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) versorgen, die einen vorgegebenen Spannungswert aufweist.
Üblicherweise wird an den Wechselstrom-Eingangsanschluss 2 des Stromversorgungsgeräts 1 eine Netz-Wechselspannung angelegt. Die angelegte Wechselspannung wird dann der Leistungsfaktor-Verbesserungsschaltung 3 zugeführt. Nach Erhöhen der angelegten Wechselspannung und Verbesserung ihres Leistungsfaktors richtet die Leistungsfaktor-Verbesserungsschaltung 3 die Wechselspannung gleich und liefert eine Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein), die z. B. 380 V betragen kann.
Die Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) wird dann dem ersten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 4 und dem zweiten Resonanz-Umschalt-Stromwandler 5 zugeführt. Im Folgenden werden der erste Resonanz-Umschalt-Stromwandler 4 und der zweite Resonanz-Umschalt-Stromwandler 5 einfach als erster Stromwandler 4 und zweiter Stromwandler 5 bezeichnet.
Der erste Stromwandler 4 wird durch ein von der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 kommendes Frequenzregelungssignal in Bezug auf seine Umschaltfrequenz gesteuert und wandelt die erhaltene Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) um, die so stabilisiert ist, dass sie einen vorgegebenen Spannungswert aufweist. Der zweite Stromwandler 5 wird durch ein von der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 kommendes Frequenzregelungssignal ebenfalls in Bezug auf seine Umschaltfrequenz gesteuert und wandelt die erhaltene Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) um, die so stabilisiert ist, dass sie einen vorgegebenen Spannungswert aufweist. Der Ausgangsanschluss des ersten Stromwandlers 4 und derjenige des zweiten Stromwandlers 5 sind parallel geschaltet und werden dazu verwendet, an die Last 10 ihre Gleichstrom-Ausgangsspannungen (Vaus) anzulegen. Die erste und zweite Frequenzregelungsschaltung 6 und 7 geben als Frequenzregelungssignale Impulssignale aus, deren Frequenz mit einem Einschaltverhältnis von 50% variiert.
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 der erste Stromwandler 4 beschrieben. Der erste Stromwandler 4 weist einen Gleichstrom-Eingangsanschluss 11 auf, an dem an ihn die Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) angelegt wird. Der erste Stromwandler 4 weist ferner einen Regelungssignal-Eingangsanschluss 12 auf, über den ihm ein von der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 kommendes Frequenzregelungssignal zugeführt wird.
Der erste Stromwandler 4 weist einen ersten Schaltransistor 13 und einen zweiten Schaltransistor 14 auf. Der Kollektor des ersten Schaltransistors 13 ist mit dem Gleichstrom-Eingangsanschluss 11 verbunden. Der Kollektor des zweiten Schaltransistors 14 ist mit dem Emitter des ersten Schaltransistors 13 verbunden, wobei der Emitter des zweiten Schaltransistors 14 geerdet ist.
Der erste Stromwandler 4 weist ferner einen Übertrager 15 zum Steuern des ersten Schaltransistors 13 und zweiten Schaltransistors 14 auf.
Der Übertrager 15 umfasst eine Primärwicklung 15a und zwei Sekundärwicklungen 15b, 15c. Der Primärwicklung 15a des Übertragers 15 wird über den Regelungssignal-Eingangsanschluss 12 das von der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 kommende Frequenzregelungssignal zugeführt. Die beiden Sekundärwicklungen 15b, 15c des Übertragers 15 sind entgegengesetzt gewickelt. Eine der Sekundärwicklungen, bzw. die Sekundärwicklung 15b, ist an einem Ende über einen Widerstand 16 mit der Basis des ersten Schaltransistors 13 und am anderen Ende mit dem Emitter des ersten Schaltransistors 13 verbunden. Die andere Sekundärwicklung, bzw. die Sekundärwicklung 15c, ist dagegen an einem Ende mit der Basis des zweiten Schaltransistors 14 und am anderen Ende mit dem Emitter des zweiten Schaltransistors 14 verbunden.
Der erste Schaltransistor 13 und der zweite Schaltransistor 14, die mit den beiden entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen 15b, 15c des Übertragers 15 verbunden sind, werden gemäß dem in die Primärwicklung 15a des Übertragers 15 eingegebenen Frequenzregelungssignal komplementär geschaltet.
Der erste Stromwandler 4 umfasst einen Isoliertransformator 17, einen Resonanzkondensator 18 und einen Stromtransformator 19, die auf der Primärseite des Isoliertransformators 17 angeordnet sind, sowie eine erste Gleichrichtdiode 21 und eine zweite Gleichrichtdiode 22, die auf der Sekundärseite des Isoliertransformators 17 angeordnet sind.
Die Primärwicklung 17a des Isoliertransformators 17 ist an einem Ende über den Resonanzkondensator 18 mit dem Emitter des ersten Schaltransistors 13 verbunden und am anderen Ende über die Primärwicklung 19a des Stromtransformators 19 und einen Widerstand 20 geerdet. Die Sekundärwicklung 17b des Isoliertransformators 17 ist an einem Ende mit der Anode der ersten Gleichrichtdiode 21 und am anderen Ende mit der Anode der zweiten Gleichrichtdiode 22 verbunden. Die Kathode der ersten Gleichrichtdiode 21 und diejenige der zweiten Gleichrichtdiode 22 sind mit dem positiven Ausgangsanschluss 23 verbunden, wohingegen der negative Ausgangsanschluss 24 mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 17b des Isoliertransformators 17 verbunden ist.
Wenn der erste Schaltransistor 13 und der zweite Schaltransistor 14 des den obigen Aufbau aufweisenden ersten Stromwandlers 4 gemäß dem von der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 kommenden Frequenzregelungssignal komplementär und wiederholt ein- und ausgeschaltet werden, wird eine Spannung, die wie in 4A gezeigt eine rechteckige Wellenform aufweist, an die entgegengesetzten Enden der Primärwicklung 17a des Isoliertransformators 17 angelegt. Wenn eine Spannung mit einer solchen rechteckigen Wellenform angelegt wird, fließt aufgrund des Zusammenwirkens der Kapazität des Resonanzkondensators 18 und der Induktivität des Isoliertransformators 17 und des Stromtransformators 19 durch die Primärwicklung 17a ein Resonanzstrom, der wie in 4B gezeigt eine Sinuswellenform aufweist. Es ist anzumerken, dass nur dann ein Resonanzstrom durch die Primärwicklung 17a fließt, wenn an ihre entgegengesetzten Enden eine Spannung wie in 4B gezeigt angelegt wird. Beim Hindurchfließen eines Resonanzstroms durch die Primärwicklung 17a wird die der Primärwicklung 17a zugeführte Energie auf die Sekundärwicklung 17b übertragen, so dass durch diese ein elektrischer Strom fließt. Der durch die Sekundärwicklung 17b fließende Strom wird von den beiden Gleichrichtdioden 21, 22 gleichgerichtet und am positiven Ausgangsanschluss 23 abgegeben.
Die Last 10 ist zwischen den positiven Ausgangsanschluss 23 und den negativen Ausgangsanschluss 24 des den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden ersten Stromwandlers 4 geschaltet. Zusätzlich ist zwischen dem positiven Ausgangsanschluss 23 und dem negativen Ausgangsanschluss 24 ein Glättungskondensator 25 angeordnet, so dass der Last 10 vom ersten Stromwandler 4 eine stabilisierte Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mit vorgegebenem Spannungswert zugeführt wird.
Der zweite Stromwandler 5 ist ebenso aufgebaut wie der erste Stromwandler 4.
Am Gleichstrom-Eingangsanschluss 11 des zweiten Stromwandlers 5 wird eine Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) angelegt und dem Regelungssignal-Eingangsanschluss 12 des zweiten Stromwandlers 5 wird von der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 ein Frequenzregelungssignal zugeführt.
Die Last 10 ist außerdem zwischen den positiven Ausgangsanschluss 23 und den negativen Ausgangsanschluss 24 des den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden zweiten Stromwandlers 5 geschaltet. Zusätzlich ist zwischen dem positiven Ausgangsanschluss 23 und dem negativen Ausgangsanschluss 24 ein Glättungskondensator 25 angeordnet, so dass der Last 10 vom zweiten Stromwandler 5 ein stabilisierter Gleichstrom (Vaus) mit vorgegebenem Spannungswert zugeführt wird.
Die Rückkopplungsschaltung 8 weist einen Differenzverstärker 31, eine Bezugsspannungsquelle 32 und einen Optokoppler 33 auf.
Der invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 31 ist mit dem Verbindungspunkt von spannungsteilenden Widerständen 36 und 37 zum Teilen der an die Last 10 angelegten Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) verbunden. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 31 ist mit der eine Bezugsspannung (VBez) erzeugenden Bezugsspannungsquelle 32 verbunden.
Der Optokoppler 33 umfasst ein lichtemittierendes Element, bei dem es sich um eine lichtemittierende Diode 34 handelt, und ein lichtaufnehmendes Element, bei dem es sich um einen Phototransistor 35 handelt. Die Anode der lichtemittierenden Diode 34 des Optokopplers 33 ist mit den positiven Ausgangsanschlüssen 23 der Stromwandler 4 und 5 verbunden. Die Kathode der lichtemittierenden Diode 34 des Optokopplers 33 ist über einen Widerstand 38 mit dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 31 verbunden.
Der Emitter des Phototransistors 35 des Optokopplers 33 ist geerdet. Der Kollektor des Phototransistors 35 des Optokopplers 33 ist mit der Kathode einer ersten Diode 41 und der Kathode einer zweiten Diode 42 verbunden. Die Anode der ersten Diode 41 ist mit einem Verbindungspunkt A und die Anode der zweiten Diode 42 mit einem Verbindungspunkt B verbunden.
Der Verbindungspunkt A ist über einen Eingangswiderstand 43 mit dem Rückkopplungsanschluss 44 der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 verbunden. Ein spannungsändernder Widerstand 45 ist zwischen den Verbindungspunkt A und Erde geschaltet. Der Verbindungspunkt B ist über einen Eingangswiderstand 46 mit dem Rückkopplungsanschluss 47 der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 verbunden. Zwischen den Verbindungspunkt B und Erde ist ein spannungsändernder Widerstand 48 geschaltet.
Bei der den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden Rückkopplungsschaltung 8 erfasst der Differenzverstärker 31 die Spannung, die durch Teilen der an die Last 10 angelegten Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 36 und 37 erhalten wird, sowie die Fehlerspannung, die die Differenz zwischen dieser Spannung und der Bezugsspannung (VBez) der Bezugsspannungsquelle 32 repräsentiert. Die Fehlerspannung wird dann an den Rückkopplungsanschluss 44 der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 und den Rückkopplungsanschluss 47 der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 angelegt.
Die erste Frequenzregelungsschaltung 6 regelt gemäß der an den Rückkopplungsanschluss 44 angelegten Fehlerspannung die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, das sie dem ersten Stromwandler 4 zuführt. Insbesondere erhöht die Frequenzregelungsschaltung 6 die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wenn die Spannung, die durch Teilen der Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 36 und 37 erhalten wird, höher ist als die Bezugsspannung (VBez). Die erste Frequenzregelungsschaltung 6 senkt die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wenn die Spannung, die durch Teilen der Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 36 und 37 erhalten wird, niedriger ist als die Bezugsspannung (VBez). Die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 regelt gleichermaßen gemäß der an den Rückkopplungsanschluss 47 angelegten Fehlerspannung die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, das sie dem zweiten Stromwandler 5 zuführt. Insbesondere erhöht die Frequenzregelungsschaltung 7 die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wenn die Spannung, die durch Teilen der Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 36 und 37 erhalten wird, höher ist als die Bezugsspannung (VBez). Die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 senkt die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wenn die Spannung, die durch Teilen der Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mittels der spannungsteilenden Widerstände 36 und 37 erhalten wird, niedriger ist als die Bezugsspannung (VBez).
Es ist anzumerken, dass die auf die Sekundärwicklung 17b des Isoliertransformators 17 des ersten Stromwandlers 4 und die auf die Sekundärwicklung 17b des Isoliertransformators 17 des zweiten Stromwandlers 5 übertragene elektrische Energie ausgedrückt wird durch "an der Primärwicklung 17a angelegte Spannung" mal "durch die Primärwicklung 17a fließender Resonanzstrom". Wie oben beschrieben, hat der durch die Primärwicklung 17a des Isoliertransformators 17 der beiden Stromwandler 4, 5 fließende Resonanzstrom im Wesentlichen Sinuswellenform. Daher wird die auf die Sekundärwicklung 17b übertragene Energie erhöht, wenn die Umschaltfrequenz des Resonanzstroms sinkt, und gesenkt, wenn die Umschaltfrequenz des Resonanzstroms steigt. Somit kann die auf die Sekundärwicklung 17b übertragene Energie dadurch geregelt werden, dass die Umschaltfrequenz des Resonanzstroms variabel gestaltet wird.
Bei dem oben beschriebenen Stromversorgungsgerät 1 ändern die erste Frequenzregelungsschaltung 6 und die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, wie oben beschrieben, als Funktion der an die Last 10 angelegten Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus).
Genauer gesagt, die Rückkopplungsschaltung 8 vergleicht die an die Last 10 angelegte Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) mit der vorgegebenen Bezugsspannung (VBez) und senkt die Eingangsspannung der Rückkopplungsanschlüsse 44, 47 der Frequenzregelungsschaltungen 6 und 7, wenn die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) die Bezugsspannung (VBez) unterschreitet; und sie erhöht die Eingangsspannung der Rückkopplungsanschlüsse 44, 47 der Frequenzregelungsschaltungen 6 und 7, wenn die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) die Bezugsspannung (VBez) überschreitet. Die Frequenzregelungsschaltungen 6 und 7 erhöhen die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) der Stromwandler 4, 5 zu senken, wenn die Eingangsspannung der Rückkopplungsanschlüsse 44, 47 hoch ist. Die Frequenzregelungsschaltungen 6 und 7 senken dagegen die Schwingungsfrequenz des Frequenzregelungssignals, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) der Stromwandler 4, 5 zu erhöhen, wenn die Eingangsspannung der Rückkopplungsanschlüsse 44, 47 niedrig ist.
Bei der oben beschriebenen Regelung kann das Stromversorgungsgerät 1 an die Last 10 eine stabilisierte Gleichspannung anlegen.
Das oben beschriebene Stromversorgungsgerät 1 umfasst zusätzlich eine Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 umfasst eine erste Gleichrichtschaltung 51 zum Gleichrichten des zur Sekundärwicklung 19b des Stromtransformators 19 des ersten Stromwandlers 4 fließenden elektrischen Stroms, einen ersten Kondensator 52 zum Glätten des von der Gleichrichtschaltung 51 gleichgerichteten elektrischen Stroms und einen ersten Widerstand 53, der parallel zum Kondensator 52 geschaltet ist. Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 weist außerdem eine zweite Gleichrichtschaltung 54 zum Gleichrichten des zur Sekundärwicklung 19b des Stromtransformators 19 des zweiten Stromwandlers 5 fließenden elektrischen Stroms, einen zweiten Kondensator 55 zum Glätten des von der Gleichrichtschaltung 54 gleichgerichteten elektrischen Stroms und einen parallel zum zweiten Kondensator geschalteten zweiten Widerstand 56 auf.
Der erste Kondensator 52 und der erste Widerstand 53 sind an einem Ende mit einem Verbindungspunkt C verbunden. Der zweite Kondensator 55 und der zweiten Widerstand 56 sind ebenfalls an einem Ende mit dem Verbindungspunkt C verbunden.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 umfasst außerdem einen ersten Ausgleichwiderstand 57 und einen zweiten Ausgleichwiderstand 58. Der erste Ausgleichwiderstand 57 ist an einem Ende mit demjenigen Ende des ersten Widerstands 53, das nicht mit dem Verbindungspunkt C verbunden ist, verbunden und am anderen Ende geerdet. Der zweite Ausgleichwiderstand 58 ist an einem Ende mit demjenigen Ende des zweiten Widerstands 56, das nicht mit dem Verbindungspunkt C verbunden ist, verbunden und am anderen Ende geerdet.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 weist ferner einen ersten Operationsverstärker 60 und einen zweiten Operationsverstärker 61 auf. Der invertierende Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 60 ist mit dem nicht geerdeten Ende des ersten Ausgleichwiderstands 57 verbunden, wohingegen der nicht invertierende Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 60 geerdet ist. Der invertierende Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers 61 ist mit dem nicht geerdeten Ende des zweiten Ausgleichwiderstands 58 verbunden, und der nicht invertierende Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers 61 ist geerdet. Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 umfasst weiterhin eine Diode 62, deren Anode mit dem Verbindungspunkt A und deren Kathode mit dem Ausgangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 60 verbunden ist, sowie eine Diode 63, deren Anode mit dem Verbindungspunkt B und deren Kathode mit dem Ausgangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers 61 verbunden ist.
Durch die Primärwicklung 19a des Stromtransformators 19 des ersten Stromwandlers 4 fließt ein Resonanzstrom mit Sinuswellenform. Daher fließt durch die Sekundärwicklung 19b des Stromtransformators 19 des ersten Stromwandlers 4 ein Strom, der dem Resonanzstrom entspricht. Der in der Sekundärwicklung 19b des Stromtransformators 19 des ersten Stromwandlers 4 erzeugte elektrische Strom wird von der ersten Gleichrichtschaltung 51 gleichgerichtet und dann vom ersten Kondensator 52 geglättet. Somit wird zwischen den entgegengesetzten Enden des ersten Widerstands 53 eine Spannung erzeugt, die der Amplitude des durch den ersten Stromwandler 4 fließenden Resonanzstroms entspricht.
Durch die Primärwicklung 19a des Stromtransformators 19 des zweiten Stromwandlers 5 fließt ein Resonanzstrom mit Sinuswellenform. Daher fließt durch die Sekundärwicklung 19b des Stromtransformators 19 des zweiten Stromwandlers 5 ein Strom, der dem Resonanzstrom entspricht. Der in der Sekundärwicklung 19b des Stromtransformators 19 des zweiten Stromwandlers 5 erzeugte elektrische Strom wird von der zweiten Gleichrichtschaltung 54 gleichgerichtet und dann vom zweiten Kondensator 55 geglättet. Somit wird zwischen den entgegengesetzten Enden des zweiten Widerstands 56 eine Spannung erzeugt, die der Amplitude des durch den zweiten Stromwandler 5 fließenden Resonanzstroms entspricht.
Wenn die zwischen den entgegengesetzten Enden des ersten Widerstands 53 erzeugte Spannung und die zwischen den entgegengesetzten Enden des zweiten Widerstands 56 erzeugte Spannung voneinander abweichen, geht das Gleichgewicht zwischen dem ersten Stromwandler 4 und dem zweiten Stromwandler 5 verloren und es fließen entgegengesetzt gerichtete elektrische Ströme durch den ersten Ausgleichwiderstand 57 und den zweiten Ausgleichwiderstand 58. Insbesondere fließt kein Strom durch den ersten Ausgleichwiderstand 57 und den zweiten Ausgleichwiderstand 58, solange die Amplitude des Resonanzstroms des ersten Stromwandlers 4 und diejenige des Resonanzstroms des zweiten Stromwandlers 5 gleich groß sind. Sobald jedoch die Amplitude des Resonanzstroms des ersten Stromwandlers 4 und diejenige des Resonanzstroms des zweiten Stromwandlers 5 voneinander abweichen, fließen entgegengesetzt gerichtete elektrische Ströme durch den ersten Ausgleichwiderstand 57 und den zweiten Ausgleichwiderstand 58.
Wenn entgegengesetzt gerichtete elektrische Ströme durch den ersten Ausgleichwiderstand 57 und den zweiten Ausgleichwiderstand 58 fließen, erfolgt eine komplementäre Feineinstellung der an den Rückkopplungsanschluss 44 der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 angelegten Spannung und der an den Rückkopplungsanschluss 47 der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 angelegten Spannung. Die erste Frequenzregelungsschaltung 6 und die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 führen dann dem ersten Stromwandler 4 und dem zweiten Stromwandler 5 Frequenzregelungssignale zu, die unterschiedliche Schwingungsfrequenzen aufweisen. Infolgedessen werden der durch den ersten Stromwandler 4 fließende Resonanzstrom und der durch den zweiten Stromwandler 5 fließende Resonanzstrom so geregelt, dass sie die gleiche Amplitude aufweisen.
Insbesondere arbeitet das Gerät so wie unten beschrieben, wenn die Amplitude des Resonanzstroms des ersten Stromwandlers 4 größer ist als diejenige des Resonanzstroms des zweiten Stromwandlers 5.
Der erste Operationsverstärker 60 invertiert die am ersten Ausgleichwiderstand 57 erzeugte Spannung und legt diese über den Verbindungspunkt A an den Rückkopplungsanschluss 44 der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 an. Somit wird die vom ersten Operationsverstärker 60 angelegte Spannung zu der von der Rückkopplungsschaltung 8 gelieferten Spannung hinzu addiert. Infolgedessen steigt die an die erste Frequenzregelungsschaltung 6 angelegte Spannung. Beim Steigen der an den Rückkopplungsanschluss 44 angelegten Spannung, erhöht die erste Frequenzregelungsschaltung 6 die Schwingungsfrequenz des dem ersten Stromwandler 4 zugeführten Frequenzregelungssignals, um die Amplitude des Resonanzstroms des ersten Stromwandlers 4 zu verkleinern.
Der zweite Operationsverstärker 61 invertiert die am zweiten Ausgleichwiderstand 58 erzeugte Spannung und legt diese über den Verbindungspunkt B an den Rückkopplungsanschluss 47 der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 an. Somit wird die vom zweiten Operationsverstärker 61 angelegte Spannung von der Spannung, die die Rückkopplungsschaltung 8 liefert, subtrahiert. Infolgedessen sinkt die an die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 angelegte Spannung. Beim Sinken der an den Rückkopplungsanschluss 47 angelegten Spannung, verringert die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 die Schwingungsfrequenz des dem zweiten Stromwandler 5 zugeführten Frequenzregelungssignals, um die Amplitude des Resonanzstroms des zweiten Stromwandlers 5 zu vergrößern.
Dagegen arbeitet das Gerät so wie unten beschrieben, wenn die Amplitude des Resonanzstroms des ersten Stromwandlers 4 kleiner ist als diejenige des Resonanzstroms des zweiten Stromwandlers 5.
Der erste Operationsverstärker 60 invertiert die am ersten Ausgleichwiderstand 57 erzeugte Spannung und legt diese über den Verbindungspunkt A an den Rückkopplungsanschluss 44 der ersten Frequenzregelungsschaltung 6 an. Somit wird die vom ersten Operationsverstärker 60 angelegte Spannung von der Spannung, die die Rückkopplungsschaltung 8 liefert, subtrahiert. Infolgedessen sinkt die an die erste Frequenzregelungsschaltung 6 angelegte Spannung. Beim Sinken der an den Rückkopplungsanschluss 44 angelegten Spannung, verringert die erste Frequenzregelungsschaltung 6 die Schwingungsfrequenz des dem ersten Stromwandler 4 zugeführten Frequenzregelungssignals, um die Amplitude des Resonanzstroms des ersten Stromwandlers 4 zu vergrößern.
Der zweite Operationsverstärker 61 invertiert die am zweiten Ausgleichwiderstand 58 erzeugte Spannung und legt diese über den Verbindungspunkt B an den Rückkopplungsanschluss 47 der zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 an. Somit wird die vom zweiten Operationsverstärker 61 angelegte Spannung zu der von der Rückkopplungsschaltung 8 gelieferten Spannung hinzu addiert. Infolgedessen steigt die an die zweiten Frequenzregelungsschaltung 7 angelegte Spannung. Beim Steigen der an den Rückkopplungsanschluss 47 angelegten Spannung, erhöht die zweite Frequenzregelungsschaltung 7 die Schwingungsfrequenz des dem zweiten Stromwandler 5 zugeführten Frequenzregelungssignals, um die Amplitude des Resonanzstroms des zweiten Stromwandlers 5 zu verkleinern.
Somit regelt bei dem Stromversorgungsgerät 1 die Rückkopplungsschaltung 8 die Gleichstrom-Ausgangsspannung (Vaus) so, dass sie einen stabilisierten Spannungswert aufweist, wobei die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 eine Feineinstellung ausführt, durch die der durch den ersten Stromwandler 4 fließende Resonanzstrom und der durch den zweiten Stromwandler 5 fließende Resonanzstrom die gleiche Amplitude erhalten.
Der erste Stromwandler 4 und der zweite Stromwandler 5 sind im Stromversorgungsgerät 1 parallel geschaltet, so dass die Gleichstrom-Eingangsspannung (Vein) von ihnen gemeinsam genutzt wird. Wie oben erwähnt, wird die auf die Sekundärwicklung 17b des Isoliertransformators 17 des ersten Stromwandlers 4 und diejenige des zweiten Stromwandlers 5 übertragene Energie ausgedrückt durch Spannung mal Resonanzstrom. Indem der durch den ersten Stromwandler 4 fließende Resonanzstrom und der durch den zweiten Stromwandler 5 fließende Resonanzstrom so geregelt werden, dass sie die gleiche Amplitude aufweisen, entfällt somit auf die beiden Stromwandler die gleiche Energie.
Wie oben beschrieben, kann das Stromversorgungsgerät 1 der Last 10 viel Strom zuführen, da der erste Resonanz-Umschalt-Stromwandler 4 und der zweite Resonanz-Umschalt-Stromwandler 5 parallel an die Last 10 angeschlossen sind. Gleichzeitig arbeitet das Stromversorgungsgerät 1 sehr zuverlässig, da die beiden Stromwandler 4 und 5 des Stromversorgungsgeräts 1 Energie mit dem gleichen Niveau liefern. Zusätzlich wird der Temperaturanstieg der wärmeerzeugenden Bauteile gering gehalten und ausgeglichen, was deren Lebensdauer verlängert. Weiterhin kann das Stromversorgungsgerät 1 sich einem abrupten Anstieg der Belastung anpassen und ist nicht anfällig für Systemfehler, wie z. B. Totalausfällen, da die beiden Stromwandler 4 und 5 des Stromversorgungsgeräts 1 den gleichen Anteil an der gelieferten Energie haben.
Bei der oben beschriebenen Ausführung des Stromversorgungsgeräts 1 sind zwar zwei Resonanz-Umschalt-Stromwandler parallel geschaltet; die vorliegende Erfindung beschränkt sich jedoch darauf in keiner Weise. Ein erfindungsgemäßes Stromversorgungsgerät 1 kann auch drei oder mehr Stromwandler umfassen, die parallel an die Last angeschlossen sind. Dann sollte die Anordnung so sein, dass die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 des Geräts die Resonanzströme aller Stromwandler erfasst und miteinander vergleicht, um zu erreichen, dass die Stromwandler den gleichen Anteil an der Leistungsabgabe des Geräts haben.
Außerdem kann die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsgeräts 1 jeden geeigneten Aufbau, der von dem oben beschriebenen abweicht, aufweisen, solange sie sich dazu eignet, die durch die Primärwicklungen der Transformatoren fließenden elektrischen Ströme zu erfassen und miteinander zu vergleichen.
Im Folgenden wird eine alternative Resonanzstrom-Ausgleichschaltung beschrieben, die durch Modifizierung der oben beschriebenen Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 erhalten wurde.
5 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 der Ausführung von 2, die durch Modifizierung der oben beschriebenen Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 erhalten wurde.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 weist einen Resonanzstrom-Erfassungswiderstand 71 auf, dessen eines Ende mit einem Ende der Primärwicklung 17a des ersten Stromwandlers 4 verbunden ist. Der Resonanzstrom wird mittels des Resonanzstrom-Erfassungswiderstands 71 erfasst. Da die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 den Resonanzstrom mittels des Resonanzstrom-Erfassungswiderstands 71 erfasst, benötigt der erste Stromwandler 4 nicht den Stromtransformator 19.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 weist außerdem eine mit dem anderen Ende des Resonanzstrom-Erfassungswiderstands 71 verbundene I/V-Umwandlungsschaltung 72 zum I/V-Umwandeln des Resonanzstroms und eine Glättungsschaltung 73 zum Glätten der I/V-umgewandelten Spannung auf. Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 weist zusätzlich eine zwischen der Glättungsschaltung 73 und dem Verbindungspunkt C angeordnete Pufferschaltung 74 auf.
Es ist anzumerken, dass der zweite Stromwandler 5 ebenfalls auf oben beschriebene Weise mit einem Resonanzstrom-Erfassungswiderstand 71, einer I/V-Umwandlungsschaltung 72, einer Glättungsschaltung 73 und einer Pufferschaltung 74 ausgestattet ist.
Der Verbindungspunkt C ist über in Reihe geschaltete Widerstände 75 und 76 geerdet.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 weist weiterhin einen Operationsverstärker 78 auf, dessen Ausgangsanschluss und invertierender Eingangsanschluss über einen Widerstand 77 miteinander verbunden sind. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 78 ist über einen Ausgleichwiderstand 79 mit der Glättungsschaltung 73 verbunden, und sein invertierender Eingangsanschluss ist mit der Verbindungspunkt von Widerstand 75 und Widerstand 76 verbunden. Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 umfasst ferner eine Diode 80, deren Kathode mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 78 verbunden ist.
Es ist anzumerken, dass der zweite Stromwandler 5 ebenfalls auf oben beschriebene Weise mit einem Operationsverstärker 78, einem Widerstand 77, einem Ausgleichwiderstand 79 und einer Diode 80 ausgestattet ist.
Bei der Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 ist die Diode 80 des ersten Stromwandlers 4 mit dem Verbindungspunkt A und die Diode 80 des zweiten Stromwandlers 5 mit dem Verbindungspunkt B verbunden.
Die den oben beschriebenen Aufbau aufweisende Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 ist so ausgebildet, dass sie die Resonanzströme der Stromwandler mittels eines Widerstands erfasst und I/V-umwandelt. Dann vergleicht sie die Amplituden aller durch die Stromwandler fließenden Resonanzströme. Somit kann ein Stromversorgungsgerät 1, das eine solche Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 70 umfasst, eine Feineinstellung vornehmen, durch die die durch den ersten Stromwandler 4 und zweiten Stromwandler 5 fließenden Resonanzströme die gleiche Amplitude erhalten.
6 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer weiteren Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 90, die für die Ausführung von 2 verwendet werden kann und durch Modifizierung der Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 erhalten wurde.
Die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 90 von 6 weicht insofern von der ursprünglichen ab, als die Stromtransformatoren 19 durch Resonanzstrom-Erfassungswicklungen 91, die in den Isoliertransformatoren 17 der Stromwandler 4 und 5 angeordnet sind, ersetzt sind. Somit müssen die Stromwandler 4 und 5 nicht mit Stromtransformatoren 19 ausgestattet sein. Ansonsten weist die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 90 den gleichen Aufbau wie die Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 9 auf. Somit kann ein eine solche Resonanzstrom-Ausgleichschaltung 90 umfassendes Stromversorgungsgerät 1 eine Feineinstellung vornehmen, durch die die durch den ersten Stromwandler 4 und zweiten Stromwandler 5 fließenden Resonanzströme die gleiche Amplitude erhalten.

Claims

Stromversorgungsgerät mit – mehreren parallel geschalteten Resonanz-Umschalt-Stromwandlern (4, 5), die jeweils – einen Transformator (17), – eine Umschalt-Schaltung (13, 14) zum Umschalten des durch die Primärwicklung (17a) des Transformators (17) fließenden elektrischen Stroms, – eine Resonanzschaltung (18), die den durch die Primärwicklung (17a) des Transformators (17) fließenden elektrischen Strom so reguliert, dass dieser im Wesentlichen eine Sinuswellenform aufweist, sowie – eine Gleichricht-/Glättungsschaltung (21, 22, 25) zum Gleichrichten/Glätten der an der Sekundärwicklung (17b, 17c) des Transformators (17) erhaltenen Ausgangsspannung aufweisen, wobei die Ausgänge der Gleichricht-/Glättungsschaltungen (21, 22, 25) der Resonanz-Umschalt-Stromwandler (4, 5) mit einer einzigen Last verbunden sind, – einer Spannungserfassungseinrichtung (8) zum Erfassen der an der Last (10) angelegten Spannung, – einer Vergleichseinrichtung (9) zum Erfassen der durch die Primärwicklungen (17a) der Transformatoren (17) der Resonanz-Umschalt-Stromwandler (4, 5) fließenden elektrischen Ströme und Vergleichen der erfassten elektrischen Ströme der Primärwicklungen (17a) der Transformatoren (17), – mehreren Umschaltregelungseinrichtungen (6, 7) zum Regeln der Umschaltfrequenzen der Umschalt-Schaltungen (13, 14) der Resonanz-Umschalt-Stromwandler (4, 5) auf Grundlage der an der Last (10) angelegten und von der Spannungserfassungseinrichtung (8) erfassten Spannung sowie des Ergebnisses des Vergleichs der Vergleichseinrichtung (9), wobei die Umschaltregelungseinrichtungen (6, 7) so ausgebildet sind, dass sie die Umschaltfrequenzen der Umschalt-Schaltungen (13, 14) dadurch regeln, dass sie die Schwingungsfrequenz eines den Resonanz-Umschalt-Stromwandlern (4, 5) zugeführten Frequenzregelungssignals gemäß eines Vergleichs der an der Last (10) angelegten Spannung mit einer Bezugsspannung so ändern, dass die an der Last (10) angelegte und von der Spannungserfassungseinrichtung (8) erfasste Spannung einen vorgegebenen Wert aufweist, und außerdem die Umschaltfrequenzen der Umschalt-Schaltungen (13, 14) so regeln, dass die durch die Primärwicklungen (17a) der Transformatoren (17) fließenden elektrischen Ströme die gleiche Amplitude aufweisen, und jeder der Resonanz-Umschalt-Stromwandler (4, 5) einen Stromtransformator (19) mit einer Primärwicklung (19a) aufweist, die als Resonanzschaltung verwendet wird, um die Induktivität der Primärwicklung (17a) dazu zu nutzen, dem durch die Primärwicklung des Stromtransformators (19) fließenden elektrischen Strom Sinuswellenform zu verleihen, und die Vergleichseinrichtung (9) die Spannung, die von der Sekundärwicklung (19b) jedes der in den Resonanz-Umschalt-Stromwandlern (4, 5) angeordneten Stromtransformatoren (19) erhalten wird, gleichrichtet und glättet.
Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Vergleichseinrichtung (9) den durch die Primärwicklung (17a) jedes der Transformatoren (17) fließenden Resonanzstroms erfasst, den erfassten Resonanzstrom in eine Spannung umwandelt und die durch alle Primärwicklungen (17a) der Transformatoren (17) fließenden elektrischen Ströme miteinander vergleicht.
Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, bei dem jeder der Resonanz-Umschalt-Stromwandler (4, 5) einen innerhalb des Transformators (17) angeordneten Stromerfassungstransformator (19) aufweist, der den durch die Primärwicklung (17a) des Transformators (17) fließenden elektrischen Strom erfasst, und die Vergleichseinrichtung (9) die von den Stromerfassungstransformatoren (19) erhaltene Spannung gleichrichtet und glättet und die durch alle Primärwicklungen (17a) der in den Resonanz-Umschalt-Stromwandlern (4, 5) angeordneten Transformatoren (17) fließenden elektrischen Ströme miteinander vergleicht.