DE60206519T2 - Ac/dc-doppeleingängiges schaltnetzteil mit programmierbarem ausgang und mit sekundärseitigem abwärtswandler - Google Patents

Ac/dc-doppeleingängiges schaltnetzteil mit programmierbarem ausgang und mit sekundärseitigem abwärtswandler Download PDF

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Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht Priorität von der gemeinsam abgetretenen US-Patenanmeldung mit der laufenden Nr. 10/005.961, eingereicht am 03. Dezember 2001.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegend Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Stromrichter und insbesondere auf einen Stromrichter mit doppeltem Wechselstrom- und Gleichstromeingang und programmierbarem Gleichstromausgang. Ein Stromrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z. B. bekannt aus EP-A-1122873.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Da die Verwendung mobiler elektronischer Produkte, wie z. B. PC-Notebooks, PDAs, Mobiltelephone und dergleichen, weiterhin zunimmt, steigt auch der Bedarf an kostengünstigen, kompakten Stromversorgungen für den Stromversorgung und die Wiederaufladung dieser Produkte weiterhin an. Die meisten Hersteller von mobilen Produkten liefern typischerweise Steckernetzgeräte zusammen mit diesen mobilen Produkten aus, um für ihre Kunden die Bereitstellung der Stromversorgung zu erleichtern.
  • Die heutigen Netzgeräte sind typischerweise Wechselstrom-zu-Gleichstrom- oder Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Stromrichter, die so konfiguriert sind, dass sie die dem mobilen Gerät zugeführte Eingangsgleichspannung heraufsetzen oder herabsetzen. Bei Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Adaptern können z. B. die Benutzer die meisten mobilen Vorrichtungen betreiben, indem sie einfach den Adapater in eine einfache Wechselstromansteckdose einstecken, die in den meisten Wohnungen oder Büros vorhanden ist. Wenn nur eine Gleichstromeingangsleistung verfügbar ist, wie z. B. in einem Automobil oder einem Flugzeug, können die Benutzer in ähnlicher Weise weiterhin ihre mobilen Vorrichtungen betreiben, indem sie einfach einen externen Standard-Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Adapter verwenden. Normalerweise sind beide Adapter so ausgelegt und zugeschnitten, dass sie eine geregelte Ausgangsgleichspannung bereitstellen, die typischerweise im Bereich zwischen 5 V und 30 V Gleichspannung liegt, in Abhängigkeit von der Art der betriebenen mobilen Vorrichtung.
  • Obwohl diese Netzgeräte bequem direkte Stromversorgungs- und Aufladefähigkeiten bereitstellen, müssen die Benutzer häufig separate Adapter mitführen, um jede individuelle mobile Vorrichtung Strom bereitzustellen. Dies bedeutet häufig, dass die Benutzer mehrere Adapter mitzuführen haben: einen für eine Wechselstromeingang-Stromquelle, und einen weiteren für eine Gleichstromeingang-Stromquelle, wobei die Benutzer außerdem typischerweise mehrere Adapter zum Betreiben mehrerer Vorrichtungen mitführen. Indem mehr als eine Vorrichtung gleichzeitig mitgeführt werden muss, werden die Benutzer mobiler Produkte somit gezwungen, mehr als ein sperriges Netzgerät mitzuführen.
  • Es besteht daher Bedarf an einem Stromrichter, der die Systemmanagementprobleme löst, die mit den Mitführen aller unterschiedlicher Stromversorgungskomponenten einhergehen, die erforderlich sind, um eine breite Vielfalt von mobilen oder tragbaren Vorrichtungen mit Strom zu versorgen. Außerdem würde ein solcher Stromrichter vorteilhaft die Stromversorgungsbedürfnisse mehrerer unterschiedlicher mobiler Vorrichtungen bedienen, da er in Reaktion auf entweder eine Wechselstrom- oder ein Gleichstromeingangsspannung eine gefilterte und geregelte Ausgangsgleichspannung liefert. Indem die Benutzer ferner einen Stromrichter oder mehrere Aus gangsanschlüsse besitzen, haben sie außerdem die Möglichkeit, mehrere mobile Vorrichtungen mit variierenden Leistungsbedürfnissen gleichzeitig Leistung zur Verfügung zu stellen, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung ist.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Die vorliegend Erfindung bezieht sich auf einen Stromrichter, wie in Anspruch 1 definiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung erzielt technische Vorteile, da ein Stromrichter fähig ist, zwei Ausgangsgleichspannungen zu liefern, die aus entweder einer Eingangswechselspannung oder einer Eingangsgleichspannung abgeleitet werden. Der Stromrichter kann extern programmierbar sein, um einen weiten Bereich von Spannungs- und Stromkombinationen abzudecken, die für eine breite Vielfalt mobiler Produktangebote geeignet sind. Außerdem löst der Stromrichter ferner die Managementprobleme, die mit dem Besitz mehrerer unterschiedlicher Schnittstellenkomponenten einhergehen, die notwendig sind, um eine breite Vielfalt mobiler Produkte mit Strom zu versorgen. Mittels doppelter Ausgangsspannungsanschlüsse können Benutzer von mobilen Produkten gleichzeitig mehrere mobile Vorrichtungen mit verschiedenen Leistungsspezifikationen mit Strom versorgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform schafft die Erfindung einen Stromrichter mit einer ersten Schaltung, die dafür ausgelegt ist, eine Eingangswechselspannung zu empfangen und eine erste programmierbare Ausgangsgleichspannung bereitzustellen. Der Stromrichter enthält eine zweite Schaltung, die dafür ausgelegt ist, eine zweite programmierbare Ausgangsgleichspannung in Reaktion auf eine Eingangsgleichspannung bereitzustellen. Der Stromrichter enthält ferner eine dritte Schaltung, die in Reaktion auf das Empfangen der ersten und zweiten Ausgangsgleichspannungen eine wählbare Ausgangsgleichspannung an einem ersten Ausgang erzeugt. Außerdem umfasst die dritte Schaltung im allgemeinen eine Rückkopplungsschaltung und ist dafür ausgelegt, mit einem entnehmbaren Programmmodul in Wechselwirkung zu treten. Dieses Programmiermodulmerkmal erlaubt den Benutzern des Stromrichters, den Spannungspegel der Ausgangsgleich spannung selektiv einzustellen. Der Stromrichter enthält ferner eine vierte Schaltung, die mit dem ersten Ausgang verbunden ist. Die vierte Schaltung liefert eine zweite Ausgangsgleichspannung als zweiten Ausgang, die unabhängig von der wählbaren Ausgangsgleichspannung und im wesentlichen niedriger als diese ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens zweier unabhängig wählbarer Ausgangsgleichspannungen in Reaktion auf eine Eingangswechselspannung oder eine Eingangsgleichspannung. Dieses Verfahren wird erreicht durch den Vorgang der Umwandlung der empfangenen Eingangswechselspannung oder Eingangsgleichspannung in eine erste programmierbare Ausgangsgleichspannung an einem ersten Ausgang. Dem Umwandlungsvorgang folgt dann ein Empfangsvorgang, bei dem die erste Ausgangsgleichspannung von einer Wandlerschaltung empfangen wird. Die Wandlerschaltung initiiert einen Erzeugungsvorgang, der eine zweite Ausgangsgleichspannung erzeugt, die unabhängig von der programmierbaren Ausgangsgleichspannung und im wesentlichen niedriger als diese ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Vorteile der Erfindung und spezifische Ausführungsformen derselben werden für Fachleute mit Bezug auf die folgende genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und in Verbindung mit den Zeichnungen verständlich, in welchem:
  • 1A ein Blockdiagramm eines Zwei-Eingang-Wechselspannungseingang-Gleichspannungsausgang-Stromrichters, der zwei Gleichspannungsausgänge aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 1B eine Explosionsansicht des Stromrichters mit der abnehmbaren Abwärtswandlerschaltung zeigt;
  • 2 ein schematisches Diagramm der Stromrichterschaltung, wie in 1 dargestellt, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 3 ein genaues schematisches Diagramm einer Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandlerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die zahlreichen neuartigen Lehren der vorliegenden Anmeldungen werden mit besonderem Bezug auf die derzeit bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch klar, dass diese Klasse von Ausführungsformen nur einige Beispiele der vielen vorteilhaften Verwendungen und der neuartigen Lehren, die darin enthalten sind, darstellen. Im Allgemeinen schränken die Aussagen, die in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung gemacht werden, nicht unbedingt irgendwelche der verschiedenen beanspruchten Erfindungen ein. Außerdem können einige Aussagen für bestimmte erfinderische Merkmale gelten, für andere jedoch nicht.
  • In 1A ist ein Blockdiagramm eines Zwei-Eingang-Wechselstrom/Gleichstrom-Stromrichter 10 gezeigt, der zwei programmierbare Gleichspannungsausgänge besitzt, gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Zwei-Eingang-Wechselstrom/Gleichstrom-Stromrichter 10 umfasst eine Stromrichterschaltung 20 mit einem Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22, einem Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Aufwärtswandler 24, einer Rückkopplungsschaltung 26, einer Filterschaltung 25 und einem Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 28. Die Stromrichterschaltung 20 ist im Gehäuse 13 aufgenommen dargestellt und liefert vorteilhaft eine erste programmierbare Ausgangsgleichspannung am Gleichspannungsausgangsanschluss 16 und eine zweite programmierbare Ausgangsgleichspannung am Anschluss 18. Diese beiden Ausgangsgleichspannungen können als Funktion sowohl von Wechselstrom- als auch Gleichstrom-Eingangsspannungen erzeugt werden.
  • Im Betrieb empfängt der Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22 ein Wechselstromsignal über den Eingangsanschluss 12 und liefert eine geregelte Ausgangsgleichspannung am Knoten N1. In ähnlicher Weise kann der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 24 eine Eingangsgleichspannung an seinem Eingang über den Eingangsanschluss 14 empfangen und kann ferner eine geregelte Ausgangsgleichspannung am Knoten N1 bereit stellen.
  • Die Eingangsanschlüsse 12 und 14 sind in einen einzigen gemeinsamen Verbinder 17 integriert, so dass verschiedene Stromkabel, die zur Aufnahme des Eingangsstroms von verschiedenen Quellen ausgelegt sind, vom gemeinsamen Verbinder 17 aufgenommen werden. Zum Beispiel werden der Gleichstrom aus einem Flugzeug oder einer Kraftfahrzeugstromquelle so verdrahtet, dass sie mit dem Eingang 14 verbunden werden, während eine Wechselstromquelle so verdrahtet wird, dass sie mit dem Eingang 12 verbunden wird. In einer ausgewählten Ausführungsform ist der Wechselstrom-zu-Wechselstrom-Wandler 22 dafür ausgelegt, eine Ausgangsgleichspannung zwischen 15 V und 24 V Gleichspannung in Reaktion auf eine Eingangswechselspannung am Anschluss 12 im Bereich zwischen 90 V und 265 V Wechselspannung zu erzeugen. In ähnlicher Weise ist der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 24 dafür ausgelegt, eine Ausgangsgleichspannung bereitzustellen, die im wesentlichen derjenigen des Wandlers 22 ähnlich ist, die jedoch in Reaktion auf eine am Eingangsanschluss 14 gelieferte Eingangsgleichspannung erzeugt wird. Der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 24 ist vorzugsweise dafür ausgelegt, eine Spannung im Bereich zwischen 11 V und 16 V Gleichspannung zu empfangen. Die Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandlung über den Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22 erlaubt den Benutzern des Stromrichters 10 vorteilhaft, mobile Hochleistungsvorrichtungen mit Strom zu versorgen, wie z. B. einen Laptop-Computer, sobald eine Wechselstromeingangsleistung verfügbar ist, wie z. B. zu Hause oder im Büro. Im Gegensatz hierzu ist der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 24 des Stromrichters 10 fähig, in ähnlicher Weise Hochleistungsvorrichtungen mit Strom zu versorgen, indem die meisten Gleichspannungseingangssignale mit niedriger Amplitude heraufgesetzt werden, wie sie z. B. in Automobil- und/oder Flugzeugumgebungen zu finden sind.
  • Wie gezeigt, ist der Eingang der Filterschaltung 25 mit den jeweiligen Ausgängen der Wandler 22 und 24 verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Filterschaltung dafür ausgelegt, eine gefilterte Ausgangsgleichspannung am zweiten Knoten N2 bereitzustellen, der anschließend den Ausgangsanschluss 16 mit einer Ausgangsleistung von z. B. 75 Watt speist.
  • Die einzelne Rückkopplungsschaltung 26 ist wie gezeigt mit dem Ausgang der Filterschaltung 25 am Knoten N2 gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform regelt die Rückkopplungsschaltung 26 über eine einzelne Rückkopplungsschleife den Spannungspegel der gefilterten Ausgangsgleichspannungen, die von den beiden Wandlern 22 und 24 erzeugt werden. Außerdem ist die Rückkopplungsschaltung 26 dafür ausgelegt, ein entnehmbares Programmiermodul aufzunehmen, das den Benutzern mobiler Vorrichtungen erlaubt, eine wählbare Ausgangsgleichspannung am Ausgang 16 über den Knoten N2 bereitzustellen. Das Programmiermodul umfasst einen Schlüssel 15, der einen Widerstand umfasst, wobei unterschiedliche zugeordnete Werte des Widerstands verschiedene zugeordnete Ausgangsgleichspannungen am Ausgang 16 einstellen. Indem den Benutzern erlaubt wird, den Spannungspegel der gefilterten Ausgangsgleichspannung selektiv zu ändern, kann der Stromrichter 10 angepasst werden, um eine Vielfalt unterschiedlicher mobiler elektronischer Vorrichtungen mit Strom zu versorgen, die unterschiedliche zugehörige Leistungsbedürfnisse aufweisen. Außerdem kann das Programmiermodul des Stromrichters 10 ferner dafür ausgelegt sein, die zusätzliche Funktion der Ausgangsstrombegrenzung bereitzustellen.
  • Der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 28 ist an seinem Eingang mit einem Knoten N2 gekoppelt, und liefert eine zweite Ausgangsgleichspannung, die anschließend dem Ausgangsanschluss 18 zugeführt wird und eine Ausgangsleistung von z. B. 10 Watt aufweist. Vorzugsweise setzt der Abwärtswandler 28 die gefilterte Gleichspannung diskret herab und erzeugt eine zweite Ausgangsgleichspannung an einem separaten Ausgangsanschluss 18. In einer ausgewählten Ausführungsform setzt der Abwärtswandler 28 die gefilterte Ausgangsgleichspannung auf einen Bereich von etwa 3 V bis 15 V Gleichspannung herab. Die vom Wandler 28 erzeugte zweite Ausgangsgleichspannung ist vorteilhaft unabhängig von der Ausgangsgleichspannung am Anschluss 16 und im wesentlichen niedriger als diese. Dies erlaubt den Benutzern der vorliegenden Erfindung, nicht nur Hochleistungsgeräte, wie z. B. einen Laptop-Computer, mit Strom zu versorgen, sondern auch ein zweites Gerät mit niedriger Leistung, wie z. B. ein Mobiltelephon, einen PDA und dergleichen. Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung, dass diese Geräte gleichzeitig durch einen einzigen Stromrichter mit Strom versorgt werden, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung eine Wechselspannung oder Gleichspannung ist. Der Abwärtswandler 28 ist physikalisch vom Hauptgehäuse 13 abnehmbar, wie in 1B gezeigt ist, was erlaubt, verschiedene Abwärtswandlerschaltungen, die unterschiedliche Ausgangsspannungen liefern, selektiv am Gehäuse 13 anzubringen und die Ausgangsgleichspannung vom Ausgangsanschluss 18 anzuzapfen.
  • In 2 ist ein schematisches Diagramm der Stromrichterschaltung 20 des Zwei-Eingang-Wechselstrom/Gleichstrom-Stromrichters 10, wie in 1 gezeigt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie hier genauer beschrieben worden ist, umfasst die Stromrichterschaltung 20 in einer bevorzugten Ausführungsform drei separate Wandler: einen Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Stromrichter 21, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Aufwärtswandler 24 und einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler 28.
  • WECHSELSTROM-ZU-GLEICHSTROM-WANDLER
  • Der Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Stromrichter 22 enthält einen echten Off-Line-Schalter, der in einer Rücksprungtopologie konfiguriert ist. Eine Vollwellengleichrichtung eines Wechselstromeingangssignals, das am Eingangsanschluss 12 empfangen wird, findet unter Verwendung eines Vollwellenbrückengleichrichters BD1 und eines Filterkondensators C1 statt, wodurch ein Gleichspannungsbus erzeugt wird, von dem ausgehend der Schalter arbeitet. Die Induktivität L1 bietet eine zusätzliche EMI-Filterung des Wechselstromsignals, nachdem das Signal durch die Vollwellenbrücke gleichgerichtet worden ist. Der Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22 enthält ferner eine Hauptsteuervorrichtung IC1, die als Strommodus-Impulsbreitenmodulator (PWM) konfiguriert ist. Die Hauptsteuervorrichtung IC1 ist ferner so konfiguriert, dass sie einen einpoligen Ausgang mit daran gekoppelten Totempfahltreibertransistoren aufweist. Der Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Stromrichter 22 besitzt einen Hauptleistungsschalter Q1, der den Haupttransformator T1 treibt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Transformator T1, die Schottky-Diode D11 und die Filterkondensatoren C24 und C25 kombiniert, um die Ausgangsgleichspannung am Knoten N1 bereitzustellen.
  • Wie vorher erwähnt worden ist, erlaubt die Filterschaltung 25 eine zusätzliche Filterung der vom Knoten N1 abgeleiteten Ausgangsgleichspannung. Die Filterspannung 25 selbst umfasst die Induktivität L3 den Kondensator C26 und den Transformator NF1. Die Filterschaltung 25 erzeugt vorteilhaft eine gefilterte Ausgangsgleichspannung am Ausgang 16, die weniger als 100 mV von Spitze zu Spitze an Rauschen und Welligkeit aufweist.
  • Obwohl die Rückkopplungsschaltung 26 nur eine einzige Rückkopplungsschleife enthält, ist sie fähig, die von den Wandlern 22 und 24 bereitgestellten gefilterten Ausgangsgleichspannungen zu regeln. Die Rückkopplungsschaltung 26 ist ferner dafür ausgelegt, mit einem entnehmenbaren Programmiermodul gekoppelt zu werden, das einen Schlüssel 15 aufweist, der einen Widerstand R53 umfasst. Somit erlaubt die vorliegende Erfindung den Benutzern, die Ausgangsgleichspannung, die später am Ausgangsanschluss 16 empfangen wird, selektiv zu programmieren. Die Rückkopplungsspannung 26 enthält eine Photokopplerschaltung, die ein Paar Photokoppler PH1 und PH3 umfasst, die in Serie verbunden (d. h. gestapelt) sind, und die jeweils mit den Ausgängen der Operationsverstärker IC4-A und IC4-B verbunden sind. Diese Photokoppler sind vorteilhaft längs der Rückkopplungsschleife der Rückkopplungsschaltung 26 angeordnet. Zusätzlich regelt die Rückkopplungsschaltung 26 effizient die von den beiden Wandlern 22 und 24 erzeugten gefilterten Ausgangsgleichspannungen über eine einzige Rückkopplungsschleife. Durch das Stapeln der Photokoppler erlaubt die vorliegende Erfindung ferner dem Stromrichter 10, eine geeignete Eingangs/Ausgangs-Isolation zwischen den jeweiligen Eingangsanschlüssen 12 und 14 und dem Ausgangsanschluss 16 aufrechtzuerhalten.
  • Der Ausgangsstrombegrenzungsfunktion des Wandlers 22 wird vorzugsweise über die integrierte Schaltung IC4A, die Wiederstände R33, R37, R38 und R39 und den programmierbaren Wiederstand R54 bewerkstelligt.
  • Ein Überspannungsschutz für den Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22 wird unter Verwendung des Photokopplers PHS2 und der Zener-Diode ZD2 erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zener-Diode ZD2 auf 25 Volt gesetzt, so dass dann, wenn sie sich im Lawinenmodus befindet, die Transistorseite des Photokopplers PHS2 veranlasst wird, den Transistor Q1 in den Ein-Zustand vorzuspannen. Wenn er sich im Ein-Zustand befindet, zieht der Transistor Q3 den Stift 1 der integrierten Steuervorrichtung IC1 nach unten und das Arbeitstastverhältnis der integrierten Steuervorrichtung in Richtung 0 %. Dies zieht die Ausgangsgleichspannung auf 0 Volt. Wenn ferner der Transistor Q1 eingeschaltet ist, ist auch der Transistor Q2 zwangsweise eingeschaltet, was dann zwangsweise bewirkt, dass diese zwei Transistoren fixiert werden. Wenn die Transistoren Q1 und Q2 fixiert sind, muss die Eingangsleistung zurückgesetzt werden, damit der Stromrichter 10 erneut eingeschalten werden kann.
  • GLEICHSTROM-ZU-GLEICHSTROM-WANDLER
  • Der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 24 ist in einer Hochsetztopologie konfiguriert und verwendet die gleiche Art von integrierter Steuervorrichtung IC2, wie im Wandler 22 verwendet wird. Im Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 24 dient der Transistor Q8 als Hauptleistungsschalter, während die Diode D6 als Hauptgleichrichter dient. Die Induktivität L2 ist vorzugsweise dafür ausgelegt, als Leistungsverstärkungsinduktivität zu arbeiten, und umfasst eine Toroidkern-Typ-Induktivität. Es ist klar, dass die Katodenleiter der Dioden D11 und D8 verbunden sind und eine ODER-Konfiguration bilden, was nur einen Ausgangsfilter erfordert. Dies eliminiert vorteilhaft den Platinenraum, der für einen zweiten Satz von Filterkondensatoren erforderlich ist.
  • Ähnlich dem Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22 ist auch der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 24 so gestaltet, dass er bei einer Frequenz von etwa 80 kHz arbeitet. Für den Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 22 wird die Betriebsfrequenz durch den Widerstand R13 und den Kondensator C7 bestimmt. In ähnlicher Weise wird die Betriebsfrequenz des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandlers 24 durch den Widerstand R28 und den Kondensator C28 bestimmt.
  • Der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler 24 enthält eine Überspannungsschutzschaltung, die die Zener-Diode CD2, die Widerstände R23, R24, R48, den Transistor Q415 und den siliciumgesteuerten Gleichrichter SC1 umfasst.
  • Die Zener-Diode CD2 setzt den Überspannungsschutzpunkt (OVP), der vorzugsweise auf 25 V Gleichspannung eingestellt wird. Im Allgemeinen fließt kein Strom durch den Wiederstand R48. Wenn jedoch die Zener-Diode CD2 beginnt, Strom zu leiten, ist der Spannungsabfall über R48 stark genug, um den Transistor Q6 einzuschalten, der seinen Kollektoranschluss auf Hochpegel zieht, wodurch der siliciumgesteuerte Gleichrichter SC1 eingeschaltet wird. Wenn der siliciumgesteuerte Gleichrichter SC1 eingeschaltet ist, zieht er den Stift 1 der integrierten Steuervorrichtung IC2 auf Niedrigpegel. Wenn somit der Stift 1 der integrierten Steuervorrichtung IC2 auf Niedrigpegel liegt, werden dessen Ausgangstreiber gezwungen, mit einem Taktverhältnis von 0 % zu arbeiten, wodurch eine Ausgangsgleichspannung von 0 Volt am Stift 6 erzeugt wird. Der siliciumgesteuerte Gleichrichter SC1 arbeitet vorteilhaft als Leistungsfixierungsschaltung, die erfordert, dass die Eingangsleistung zurückgesetzt werden muss, um den Stromrichter 10 einzuschalten, wenn eine Spannung über 25 V Gleichspannung am Knoten N1 erfasst wird.
  • Die Temperatur des Gehäuses 13 des Stromrichters 10 wird unter Verwendung eines Heißleiters NTC3 überwacht. Wenn z. B. ein entsprechender Anstieg der Temperatur des Gehäuses 13 vorliegt, führt dies zu einer Verringerung des Widerstandswertes des Heißleiters NTC3, wodurch der Transistor Q9 veranlasst wird, einzuschalten und den Stift 1 der integrierten Schaltung IC2 des Wandlers 24 auf Niedrigpegel zu ziehen. Außerdem veranlasst dies den Photokoppler PH2, ausreichend vorgespannt zu sein, um eine Fixierungsschaltung zu aktivieren, die die Transistoren Q1 und Q2 umfasst, welche den Stromrichter 22 abschalten. Außerdem ist das thermische Schutzmerkmal des Stromrichters 10 dafür ausgelegt, unabhängig davon zu arbeiten, ob eine Eingangswechselspannung oder Eingangsgleichspannung an den jeweiligen Eingangsanschlüssen empfangen wird.
  • 3 zeigt ein genaues schematisches Diagramm des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandlers 28 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Abwärtswandler 28 besitzt eine integrierte Schaltungssteuervorrichtung IC1, ähnlich den Wandlern 22 und 24, die dafür ausgelegt ist, ein Einschaltdauertastverhältnis für den Leistungstransistorschalter Q1 zu erzeugen. Die Betriebsfrequenz der Steuervorrichtung IC1 wird durch den Kondensator C6, der zwischen dem Stift 4 des IC1 und Masse angeschlossen ist, und den Widerstand R1 bestimmt, der zwischen den Stiften 4 und 8 angeschlossen ist. In einer ausgewählten Ausführungsform umfassen die Funktionen der Diode D1 solche einer Schottky-Diode und solche einer "Fang"-Diode. Die Induktivität L1 ist eine Ausgangsleistungsinduktivität und verbindet das Gate des Leistungstransistors Q1 mit Vout. Eine Schmelzsicherung F1 ist zwischen Vin und dem Drain-Anschluss des Leistungstransistors Q1 angeschlossen gezeigt, und bietet vorteilhaft einen Überstromschutz für den Abwärtswandler 28.
  • Ferner ist der Eingang Vin des Abwärtswandlers 28 mit dem Ausgang der Filterschaltung 25 am Knoten N2 gekoppelt, wobei Vin die gefilterte Ausgangsgleichspannung hiervon empfängt. In einer bevorzugten Ausführungsform bietet der Abwärtswandler 28 eine zweite Ausgangsgleichspannung an Vout, die mit dem Ausgangsanschluss 18 verbunden ist. Der Abwärtswandler 28 setzt vorteilhaft die gefilterte Ausgangsgleichspannung diskret herab und liefert eine zweite Ausgangsgleichspannung am Ausgangsanschluss 18, die unabhängig von der Ausgangsgleichspannung am Ausgangsanschluss 16 und im wesentlichen niedriger als diese ist. In ähnlicher Weise ermöglicht die Ausgangsgleichspannung des Abwärtswandlers 28 den Benutzern, Geräte mit niedrigen Leistungen, wie z. B. Mobiltelephone, PDAs und/oder ähnliche mobile Vorrichtungen, zu nutzen. In einer ausgewählten Ausführungsform kann der Abwärtswandler 28 ferner dafür ausgelegt sein, eine Ausgangsgleichspannung am Ausgangsanschluss 18 im Bereich zwischen 3 V und 15 V Gleichspannung bereitzustellen, die selektiv als Funktion des gewählten Wertes des Widerstands R1 bestimmt wird, der in dem besonderen Abwärtswandler 28 verwendet wird, mit einer Gesamtleistungsabgabe von z. B. 10 Watt. Wie vorher erwähnt worden ist, kann der Abwärtswandler 28 in einem separaten abnehmbaren Programmmodul aufgenommen sein, was den Benutzern ermöglicht, die Ausgangsgleichspannung am Anschluss 18 als Funktion verschiedener zugehöriger Abwärtswandlermodule selektiv zu programmieren.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind für Fachleute beim Lesen der vorliegenden Anmeldung viele Variationen und Modifikationen offensichtlich. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche im Hinblick auf den Stand der Technik so allgemein wie möglich interpretiert werden, um alle solche Variationen und Modifikationen einzuschließen.

Claims (24)

  1. Stromrichter (10), umfassend: eine erste Schaltung (22), die eine Eingangswechselspannung (12) in eine erste Ausgangsgleichspannung umsetzt; eine zweite Schaltung (24), die eine Eingangsgleichspannung (14) in eine zweite Ausgangsgleichspannung umsetzt; und eine dritte Schaltung (25), die die ersten und zweiten Ausgangsgleichspannungen aufnimmt und eine wählbare Ausgangsgleichspannung an einem ersten Ausgang (16) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die wählbare Ausgangsgleichspannung als eine Funktion eines entnehmbaren Programmmoduls (15) festgelegt wird.
  2. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die erste Schaltung und die zweite Schaltung ihre jeweilige Eingangswechselspannung bzw. Eingangsgleichspannung an einem gemeinsamen einzelnen Verbinder (17) aufnehmen.
  3. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem das entnehmbare Programmmodul einen Schlüssel mit einem Widerstand (R53) umfasst, wobei die wählbare Ausgangsgleichspannung eine Funktion des Wertes der passiven Komponente ist.
  4. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die dritte Schaltung eine Rückkopplungsschaltung (26) enthält, die mit der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung verbunden ist, wobei die Rückkopplungsschaltung die ersten und zweiten Ausgangsgleichspannungen regelt, die jeweils von der ersten und der zweiten Schaltung erzeugt werden.
  5. Stromrichter nach Anspruch 4, bei dem die Rückkopplungsschaltung eine einzelne Rückkopplungsschleife umfasst.
  6. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die ersten und zweiten Ausgangsgleichspannungen im Wesentlichen gleich sind und an einem gemeinsamen Knoten (N1) bereitgestellt werden.
  7. Stromrichter nach Anspruch 1, der ferner eine vierte Schaltung (28) umfasst, die mit der dritten Schaltung verbunden ist und an einem zweiten Ausgang (18) eine zweite Stromrichterausgangsgleichspannung bereitstellt, wobei die zweite Stromrichterausgangsgleichspannung niedriger ist als die wählbare Ausgangsgleichspannung.
  8. Stromrichter nach Anspruch 7, bei dem die vierte Schaltung (28) wahlweise vom Rest des Stromrichters (10) abnehmbar ist, was den Anschluss verschiedener vierter Schaltungen an den Stromrichter erlaubt, um verschiedene zweite Stromrichterausgangsgleichspannungen zu erhalten.
  9. Stromrichter nach Anspruch 7, bei dem die vierte Schaltung einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler umfasst, der die zweite Stromrichterausgangsgleichspannung bereitstellt.
  10. Stromrichter nach Anspruch 9, bei dem der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler dafür ausgelegt ist, die zweite Stromrichterausgangsgleichspannung zwischen 3 V und 15 V Gleichspannung bereitzustellen.
  11. Stromrichter nach Anspruch 7, bei dem die zweite Stromrichterausgangsgleichspannung unabhängig von der wählbaren Ausgangsgleichspannung ist.
  12. Stromrichter nach Anspruch 7, bei dem die wählbare Ausgangsgleichspannung und die zweite Stromrichterausgangsgleichspannung vom Stromrichter gleichzeitig bereitgestellt werden.
  13. Stromrichter nach Anspruch 1, der ferner eine Filterschaltung (25) umfasst, die dafür ausgelegt ist, die ersten und zweiten Ausgangsgleichspannungen zu filtern und eine jeweils gefilterte erste und zweite Ausgangsgleichspannung an einem gemeinsamen Knoten (N2) bereitzustellen.
  14. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schaltung einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Aufwärtswandler umfasst.
  15. Stromrichter nach Anspruch 14, bei dem die dritte Schaltung einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Abwärtswandler umfasst.
  16. Stromrichter nach Anspruch 15, bei dem der Aufwärtswandler und der Abwärtswandler Schaltwandler sind, die bei der gleichen Frequenz (80 kHz) arbeiten.
  17. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die erste Schaltung einen Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Rücklaufwandler umfasst, der dafür ausgelegt ist, die erste Ausgangsgleichspannung zwischen 15 V und 24 V Gleichspannung bereitzustellen.
  18. Stromrichter nach Anspruch 7, bei dem die zweite Schaltung einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Aufwärtswandler umfasst, der dafür ausgelegt ist, die zweite Ausgangsgleichspannung zwischen 15 V und 24 V Gleichspannung bereitzustellen.
  19. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schaltung die Eingangsgleichspannung selbst dann in die zweite Ausgangsgleichspannung umsetzt, wenn die Eingangsgleichspannung variiert.
  20. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem das entnehmbare Programmmodul einen Ausgangsstrom am ersten Ausgang begrenzt.
  21. Stromrichter nach Anspruch 1, der ferner eine Schutzschaltung (22, 24) enthält, die eine Überspannungsschutzfunktion bereitstellt.
  22. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die erste Schaltung dafür ausgelegt ist, eine Eingangswechselspannung mit einem Wechselspannungsbereich von 90 V bis 265 V aufzunehmen.
  23. Stromrichter nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schaltung dafür ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung mit einem Gleichspannungsbereich von 11 V bis 16 V aufzunehmen.
  24. Stromrichter nach Anspruch 1, der ferner eine Wärmebegrenzungsvorrichtung (NTC3) umfasst, die eine Betriebstemperatur des Stromrichters (10) begrenzt.
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