DE69006933T2

DE69006933T2 - Schalteinrichtung für Leistungsversorgung.

Info

Publication number: DE69006933T2
Application number: DE69006933T
Authority: DE
Inventors: Takuya Ishii; Tatsuo Maeoka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-06-23
Also published as: EP0404191B2; CA2019525A1; DE69006933D1; EP0404191B1; CA2019525C; DE69006933T3; US5146394A; EP0404191A2; EP0404191A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine erste Schalteinrichtung, die in Reihe mit der Primärwicklung eines Transformators geschaltet ist, wobei dieser Serienschaltkreis mit den Anschlußklemmen der Gleichstromquelle verbunden ist,
eine zweite Schalteinrichtung,
einen Kondensator, der in Reihe mit der zweiten Schalteinrichtung geschaltet ist, wobei der Serienschaltkreis einschließlich des besagten Kondensators und der besagten zweiten Schalteinrichtung parallel zu der Primärwicklung geschaltet sind,
einen Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis und eine Treibereinrichtung zum abwechselnden Ansteuern besagter erster und zweiter Schalteinrichtung mit vorbestimmten AN- AUS-Perioden, wobei besagte Antriebseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie auf die Gleichstromausgangsspannung von besagtem Gleichrichter und Glättungsschaltkreis anspricht.
Eine derartige Schalteinrichtung für eine Leistungsversorgung ist aus der US-A-4 809 148 bekannt.
Diese bekannte Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung ist als Vorwärtskonverter ausgebildet. Der zweite steuerbare Schalter und der Kondensator des Konverters sind parallel mit dem ersten steuerbaren Schalter verbunden und der erste und der zweite steuerbare Schalter sind komplementär.
Mit solch einem Vorwärtskonverter ist es schwierig, einen Nullpunkt-Anschaltvorgang durchzuführen. Des weiteren neigt bei diesem bekannten Vorwärtskonverter die Wicklungsspannung dazu, bei 0 V nach dem Ausschalten des zweiten Schalters festgehalten zu werden und die in den Kondensatoren gespeicherten Ladungen können nicht ausreichend wiederhergestellt (regneriert) werden, sondern werden durch den ersten Schalter entladen. Die Folge davon ist ein Einschaltverlust an dem ersten Schalter.
Aus der DE-A-3 840 385 ist eine Stromversorgungseinrichtung bekannt, die wenigstens drei Schaltelemente in einem Primärschaltkreis beinhaltet, wobei ein Schaltelement als Unterbrecherschalter verwendet wird, wohingegen die verbleibenden zwei Schalter Teil eines Invertierungsschaltkreises sind.
Aus der US-A-4 729 085 ist eine Resonanzregulatorleistungsversorgung bekannt, die einen Resonanzschaltkreis aufweist, der mit einer Quelle alternierenden Eingangs verbunden ist, die in ihrer Betriebsfrequenz gesteuert werden kann. Eine Leistungstransformatorprimärwicklung ist parallel mit dem kapazitiven Element des Resonanzschaltkreises gekoppelt, um eine Ausgangsspannung über eine Sekundärwicklung zu erzeugen. Die Betriebsfrequenz kann mit Hilfe eines Steuerschaltkreises in einer negativen Rückkopplungsschleife variiert werden, um die Ausgangsspannung zu regulieren.
Bei konventionellen Schalteinrichtungen zur Leistungsversorgung wurde weitgehend eine Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung eines selbsterregten Rücklauftyps verwendet, denn sie besteht aus weniger Teilen und kann mit relativ geringen Kosten hergestellt werden. Es ist jedoch bekannt, daß die Schaltfrequenz solch einer Einrichtung abhängig von der Stärke des Ausgangsstromes fluktuiert, was zur Folge hat, daß Interferenzen bei dem Betrieb einer assoziierten elektronischen Vorrichtung auftreten und daß ein größerer Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis benötigt werden.
Bei einem Versuch, derartige Probleme bei Einrichtungen nach dem Stand der Technik zu überwinden, ist eine Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung eines regenerativen Steuerungstyps vorgeschlagen worden. Fig. 7 zeigt eine derartige Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung. Die Einrichtung von Fig. 7 weist eine Gleichstromquelle 1, einen Transformator 3, Schaltelemente 4 und 14, eine Diode 5, einen synchronisierenden Schwingkreis 6, eine Gleichrichterdiode 7, einen Glättungskondensator 8, ein zweites Schaltelement 14 und einen Steuerschaltkreis 15 auf.
Die Gleichstromquelle 1 richtet eine Wechselspannung gleich und glättet die resultierende Gleichspannung. Alternativ kann sie aus einer Batterie oder ähnlichem bestehen. Die positive und negative Anschlußklemme der Gleichstromquelle 1 sind jeweils mit den Eingangsanschlußklemmen 2 und 2' verbunden. Der Transformator 3 hat: eine Primärwicklung 3a, die an einer Klemme mit der Eingangsklemme 2' über das Schaltelement 4 verbunden ist; eine Sekundärwicklung 3c, die an einer Klemme mit einer Ausgangsklemme 10' und an der anderen Klemme mit der Ausgangsklemme 10 über die Gleichrichterdiode 7 verbunden ist; und eine Vorspannungswicklung 3b, die an einer Klemme mit der Eingangsklemme 2' und an der anderen Klemme mit dem synchronisierenden Schwingkreis 6 verbunden ist. Das Schaltelement 4 schaltet AN oder AUS in Abhängigkeit von AN/AUS-Signalen, die an die Steuerungsklemme von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 geliefert werden, wodurch die Eingangsspannung an die Primärwicklung 3a angelegt und unterbrochen wird. Der synchronisierende Schwingkreis 6 betätigt das Schaltelement 4, um AN- und AUS-Zeitperioden zu schalten. Die AUS-Periode hält an, bis die Polarität der induzierten Spannung in der Vorspannungswicklung 3b invertiert wird. Dieser wiederholte AN/AUS-Zyklus bewirkt eine fortlaufende Schwingung.
Die während einer AN-Periode des Schaltelements 4 in dem Transformator 3 angesammelte Energie wird von der Sekundärwicklung 3c über die Gleichrichterdiode 7 oder über das Schaltelement 14 zu dem Glättungskondensator 8 freigegeben, und zwar während einer AUS-Periode des Schaltelements 4. Nach der vorher genannten Energiefreigabe wird bewirkt, daß ein Sekundärstrom rückwärts von dem Glättungskondensator 8 zu der Sekundärwicklung 3c durch das Schaltelement 14 fließt. Die Periode dieses Rückflusses wird durch den Steuerschaltkreis 15 gesteuert. Die Gleichrichterdiode 7 ist an ihrer Anode mit einer Klemme der Sekundärwicklung 3c und an ihrer Kathode mit der Ausgangsklemme 10 verbunden. Der Glättungskondensator 8 ist mit den Klemmen 10 und 10' verbunden. Die über der Sekundärwicklung 3c auftretende induzierte Spannung wird durch eine Gleichrichterdiode 7 gleichgerichtet und daraufhin von dem Glättungskondensator 8 geglättet, um eine Ausgangsspannung zu schaffen. Der Steuerschaltkreis 15 vergleicht die über die Ausgangsklemmen 10 und 10' auftretende Spannung mit einer internen Bezugsspannung, um die zuvor genannte Flußperiode des Sekundärstromes durch das sekundäre Schaltelement 14 zu variieren.
Der Betrieb der Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung wird mit Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. In Fig. 8 zeigt (a) die Wellenform einer Spannung VDS, die über dem Schaltelement 4 auftritt; (b) den Primärstrom ID, der durch die Primärwicklung 3a fließt; (c) die Wellenform des Treiberimpulses VG1, der von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 ausgeht; (d) den Sekundärstrom I&sub0;, der durch die Sekundärwicklung 3c fließt; und (e) die Wellenform eines Treiberimpulses VG2 für das sekundäre Schaltelement 14. Die schraffierten Flächen in (e) von Fig. 8 deuten Rückwärtsflußperioden an, die dazu dienen, einen Rückwärtsfluß des Sekundärstromes I&sub0; in der Sekundärwicklung 3c zu bewirken.
Ein magnetischer Fluß entwickelt sich in dem Transformator 3, wenn der Primärstrom ID durch die Primärwicklung 3a während einer AN-Periode des Schaltelements 4 fließt, wobei diese Periode von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 bestimmt wird, so daß sich Energie in dem Transformator 3 aufbaut, woraufhin sich eine in der Sekundärwicklung 3c induzierte Spannung entwickelt. Es ist so eingerichtet, daß die Gleichrichterdiode 7 rückwärts durch die induzierte Spannung vorgespannt wird und daß das Schaltelement 14 in seiner AUS-Position verbleibt. Wenn das Schaltelement 4 in Reaktion auf ein AUS-Signal von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 auf AUS schaltet, entwickelt sich eine Rücklaufspannung in der Primärwicklung 3a und gleichzeitig wird eine Rücklaufspannung in der Sekundärwicklung 3c in solch einer Richtung induziert, daß die Gleichrichterdiode 7 vorwärts vorgespannt wird. Entsprechend wird die in dem Transformator 3 angesammelte Energie in Form eines Sekundärsstromes I&sub0; durch die Sekundärwicklung 3c freigegeben, welcher dann durch den Glättungskondensator 8 geglättet wird und als Ausgangsspannung an die Ausgangsklemmen 10 und 10' weitergegeben wird. In diesem Fall wird das Schaltelement 14 von dem Steuerschaltkreis 15 zu einem AN-Schalten betätigt, jedoch tritt keine spezielle Betriebsänderung auf, ob der Sekundärstrom nun entweder durch die Diode 7 oder das Schaltelement 14 fließt.
Wenn die gesamte in dem Transformator 3 angesammelte Energie freigegeben ist, bis der Sekundärstrom Null wird, wird die über den Glättungskondensator 8 auftretende Spannung, d.h. die Ausgangsspannung, an die Sekundärwicklung 3c über das Schaltelement 14 angelegt, welches sich bereits in einem AN-Zustand befand, und entsprechend fließt der Sekundärstrom rückwärts von dem Glättungskondensator 8, so daß ein magnetischer Fluß in umgekehrter Richtung in dem Transformator 3 erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, daß sich Energie in diesem ansammelt. In diesem Zustand tritt keine Änderung der Polarität der sich in jeder Wicklung des Transformators 3 aufbauenden Spannung auf und daher gibt es keine Änderung in der Rücklaufspannung in der Vorspannungswicklung 3b. Entsprechend bewirkt der synchronisierende Schwingkreis 6, daß das Schaltelement 4 in dem AUS-Zustand verbleibt.
Wie zuvor bemerkt, wird die AN-Periode des Schaltelementes 14 von dem Steuerschaltkreis 15 gesteuert. Wenn das Schaltelement 14 auf AUS geschaltet wird, wird die in jeder Wicklung des Transformators 3 induzierte Spannung in ihrer Polarität invertiert. Daher bewirkt die sich in der Sekundärwicklung 3c entwickelnde induzierte Spannung, daß die Gleichrichterdiode 7 rückwärts vorgespannt wird. Da sich das Schaltelement 14 in einem AUS-Zustand befindet, fließt der Sekundärwicklungsstrom nicht. In der Primärwicklung 3a entwickelt sich die induzierte Spannung in einer solchen Richtung, daß die Spannung an der Klemme, an der das Schaltelement 4 angeschlossen ist, negativ ist und andererseits, daß die Spannung an der Klemme, an der die Eingangsklemme 2 angeschlossen ist, positiv ist. Daher fließt der Primärstrom in eine solche Richtung, daß die Gleichstromquelle 1 über die Diode 5 geladen wird, so daß die in den Transformator 3 während einer AUS-Periode angesammelte Energie an die Gleichstromquelle 1 abgegeben wird (d.h. die Leistungswiederherstellung (Leistungsregeneration) ist durchgeführt). Zu diesem Zeitpunkt wird die Polarität der induzierten Spannung, die sich in der Vorspannungswicklung 3b entwickelt, auch invertiert und entsprechend betätigt der Schwingkreis das Schaltelement 4, um auf AN zu schalten. In diesem Fall gibt es keine spezielle Änderung bei dem Betrieb, ob nun der Primärstrom durch die Diode 5 oder das Schaltelement 4 fließt.
Wenn die gesamte in dem Transformator 3 während einer AUS- Periode angesammelte Energie freigegeben ist, bis sich der Primärstrom auf Null gesenkt hat, fließt der Primärstrom von der Gleichstromquelle 1 durch das Schaltelement 4, welches sich bereits in dem AN-Zustand befand, so daß der Transformator 3 in der Richtung umgekehrt zu derjenigen des oben genannten Entladevorganges geladen wird, mit dem Ergebnis, daß sich ein magnetischer Fluß in dem Transformator 3 entwickelt und daher Energie in ihm aufgebaut wird. In diesem Zustand gibt es keine Änderung der Polarität der in jeder der Wicklungen des Transformators 3 induzierten Spannungen und entsprechend bewirkt der synchronisierende Schwingkreis 6, daß das Schaltelement 4 weiterhin so angesteuert wird, daß es in dem AN-Zustand verbleibt.
Wenn das Schaltelement 4, dessen AN-Periode von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 bestimmt wird, betätigt wird, um auf AUS zu schalten, wird die in dem Transformator 3 angesammelte Energie als Sekundärstrom durch die Sekundärwicklung 3c abgegeben. Zyklen von diesen Vorgängen finden wiederholt statt, so daß die Ausgangsspannung fortlaufend an den Ausgangsklemmen 10 und 10' anliegt.
Die Art und Weise, auf die die ständige Steuerung der Ausgangsspannung durchgeführt wird, wird nun beschrieben. In Fig. 8, die die Wellenformen an verschiedenen Teilbereichen der Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung von Fig. 7 zeigt, ist die AUS-Periode (zwischen den Zeitpunkten t&sub1; und t&sub3;) des Treiberimpulses VG1 in dem synchronisierenden Schwingkreis 6, bezeichnet mit TAUS, die Rückwärtsflußperiode (zwischen den Zeitpunkten t&sub2; und t&sub3;) des Sekundärstromes I&sub0; ist mit T'AUS bezeichnet, die AN-Periode (zwischen den Zeitpunkten t&sub3; und t&sub5;) ist mit TAN bezeichnet und die Wiederherstellungsperiode (zwischen den Zeitpunkten t&sub3; und t&sub4;) des Primärstromes ID ist mit T'AN bezeichnet. Dann kann der Ausgangsstrom IAUSGANG von den Ausgangsklemmen 10 und 10' ausgedrückt werden durch:
Die Ausgangsspannung VAUSGANG kann ausgedrückt werden durch: VAUSGANG VEINGANG
Die Osziallationsfrequenz f ist ausgedrückt durch:
In den obigen Ausdrücken bezeichnet NS die Anzahl der Wicklungen in der Sekundärwicklung 3c; NP bezeichnet die Anzahl der Wicklungen in der Primärwicklung 3a; LS bezeichnet die Induktivität der Sekundärwicklung 3c; und VEINGANG bezeichnet die Eingangsspannung, die von der Gleichstromquelle 1 geliefert wird.
Die AN-Periode TAN wird bei einem konstanten Wert gehalten, der von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 bestimmt wird. Wenn die Ausgangsspannung VAUSGANG konstant ist, ist daher die AUS-Periode TAUS konstant und die Schwingungsfrequenz f ist auch konstant. Jedoch kann die Rückwärtsflußperiode T'AUS von dem sekundären Schaltelement 14 variiert werden, das durch den Steuerschaltkreis 15 gesteuert wird, und K=(1/2) VAUSGANG (1/LS) (TAUS/T) in dem Ausdruck (1) ist konstant, wenn die Ausgangsspannung VAUSGANG konstant ist. Auch wenn der Ausgangsstrom IAUSGANG variiert wird, kann er daher gesteuert werden, indem die Rückflußperiode T'AUS geändert wird. Auch wenn die Eingangsspannung VEINGANG variiert wird, kann des weiteren diese gesteuert werden, indem die Rückwärtsflußperiode T'AUS geändert wird, wie aus dem Ausdruck (2) ersichtlich ist. Daher kann die Ausgangsspannung VAUSGANG so gesteuert werden, daß sie durch Änderung der Rückflußperiode T'AUS immer konstant gehalten wird. Die Rückflußperiode T'AUS kann durch Steuerung der AN-Periode des Schaltelementes 14 geändert werden, welches durch den Steuerschaltkreis 15 gesteuert wird.
Fig. 9 zeigt verschiedene Wellenformen, die resultieren, wenn der Ausgangsstrom IAUSGANG geändert wird. In Fig. 9 kennzeichnen durchgezogene Linien Wellenformen, die erhalten werden, wenn der Ausgangsstrom IAUSGANG mit Maximalhöhe von den Ausgangsklemmen 10 und 10', oder während der sog. Maximallastperiode fließt, und durchbrochene Linien kennzeichnen Wellenformen, die erhalten werden, wenn der Ausgangsstrom IAUSGANG Null ist, oder während der sog. Niederlastperiode. Wenn die Eingangsspannung konstant ist, ist die AN-Periode TAN konstant und entsprechend ist der Bereich der Flußänderung ΔB immer konstant.
In solch einer Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung eines derartigen regenerativen Steuerungstyps tritt, wenn das Schaltelement 4 auf AUS schaltet, ein Spannungsstoß auf, der durch eine Streuinduktivität in dem Transformator 3 hervorgerufen wird. Bei Maximallast ist die Höhe des Spannungsstoßes näherungsweise vergleichbar mit derjenigen, die in einem konventionellen selbsterregten Rücklauftyp von Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung auftritt, und bei leichter Last ist die Höhe des Spannungsstoßes größer als diejenige, die bei solch einem selbsterregten Rücklauftyp von Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung hervorgerufen wird, da der Maximalwert des Primärstromes wesentlich höher unmittelbar vor dem auf-AUS-Schalten ist. Der konventionelle regenerative Steuerungstyp-Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung bietet einen Vorteil, daß wegen ihrer Fähigkeit Energie bei dem auf-AN-Schalten des Schaltelementes 4 wieder aufzubauen (zu regenerieren), auch wenn ein Dämpfungskondensator mit den beiden Klemmen des Schaltelementes 4 verbunden ist, der Spannungsstoß bei einem Anschalten wirksam unterbunden werden kann, ohne daß damit irgendein Anschaltverlust verbunden ist. Jedoch ist die Resonanzenergie wegen des Kondensators und der Streuinduktivität des Transformators 3 in ihrer Größe erheblich, so daß Überschwingwellenformen während jeder AUS-Periode übereinander überlagert werden, was zu einer Quelle für Rauschen führt. Die Hinzufügung eines größeren Dämpfungskondensators wird zu einer starken Behinderung bei der Realisierung höherer Schaltfrequenzen für die Kompaktheit der Leistungsversorgung.
Wenn die Eingangs-Gleichstromquelle von der Wechselstromquelle über einen Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis erhalten wird, ist der Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis gewöhnlich ein Kondensatoreingangstyp, der ein Glättungselement und einen Kondensator aufweist, wobei der Kondensator gewöhnlich als Eingangskondensator verwendet wird, der als Gleichstromquelle dient. Generell ist es erwünscht, daß Leistungsversorgungselemente eine hohe Effizienz aufweisen und klein in ihren Abmessungen sind und auf der anderen Seite wird gefordert, daß die Ausgangsnachwirkzeit so bemessen ist, daß als Last verwendete elektronische Apparate vor möglichen Störungen, wie einer momentanen Unterbrechung der Leistungsversorgung, geschützt werden. Bei einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik hängt die Ausgangsnachwirkzeit weitgehend von der statischen Kapazität des Eingangskondensators ab und daher wird die statische Kapazität sowohl durch die Leistungsfähigkeit der Leistungsquelle als auch durch die Ausgangsnachwirkzeit bestimmt. Aus diesem Grund gibt es Fälle, in denen, auch wenn eine ausreichende Welligkeitswiderstandskapazität vorhanden ist, ein größerer Eingangskondensator benötigt wird.
Zusätzlich ist die leitende Periode des Eingangsstromes von der Wechselstromquelle in einem Zustand von stetigem Betrieb kürzer, so daß der Höchstwert des Eingangsstromes größer wird, wodurch das Problem entsteht, daß der Leistungsfaktor und die Effizienz wesentlich sinken.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung zu schaffen, welche effizient einen möglichen Spannungsstoß und/oder eine Überschwingwellenform bei einem auf-AUS-Schalten des Schaltelementes verhindert, ohne daß dabei eine der vorteilhaften Charakteristiken der regenerativen Steuerungstyp-Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung beeinträchtigt werden, so daß Änderungen in der Schaltfrequenz aufgrund von Änderungen in der Last unterdrückt werden können. Darüber hinaus sollte die Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung auch dazu in der Lage sein, effizient ein mögliches Schaltrauschen zu unterdrücken, und dazu die statische Kapazität des Eingangskondensators zu verringern, ohne dabei die Ausgangsnachwirkzeit zu verkürzen und dadurch die Leitungsperiode des Eingangsstromes zu verbreitern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht, indem der Gleichrichter und Glättungsschaltkreis zum Gleichrichten und zur Glättung einer Rücklaufspannung und zur Abgabe einer resultierenden Gleichstromspannung ausgebildet ist, wobei die Rücklaufspannung in der Sekundärwindung des Transformators erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Effekt einer Verlängerung der Ausgangsnachwirkzeit erreicht und darüber hinaus kann das Schaltelement zur Leistungsversorgung nach der vorliegenden Erfindung eine Nullpunkt-Anschaltoperation bewirken.
Verbesserte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 erläutert.
Die dort beschriebene Erfindung macht es daher möglich, folgende Ziele zu verwirklichen:
(1) eine Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung zu schaffen, welche effizient das Auftreten eines möglichen Spannungsstoßes und/oder einer Überschwingwellenform bei dem Ausschalten des Schaltelements verhindern kann, ohne dabei die vorteilhaften Merkmale der regenerativen Steuerungstyp-Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung zu beeinträchtigen, so daß Änderungen in der Schaltfrequenz aufgrund von Änderungen in der Last unterdrückt werden können;
(2) eine Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung zu schaffen, welche effektiv ein mögliches Schaltungsrauschen reduzieren kann; und
(3) eine Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung zu schaffen, welche es ermöglicht, die statische Kapazität des Eingangskondensators zu reduzieren, ohne dabei die Ausgangsnachwirkzeit zu verkürzen und dadurch die Leitungsperiode des Eingangsstromes zu erweitern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese Erfindung kann noch besser verstanden werden und ihre zahlreichen Ziele und Vorteile werden für Fachleute durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch besser verstanden, wobei in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer Leistungsversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 Wellenformen, die an verschiedenen Teilen der Einrichtung von Fig. 1 auftreten,
Fig. 3 ein weiteres Schaltdiagramm einer Leistungsversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 noch ein weiteres Schaltdiagramm einer Leistungsversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Änderung der Eingangs- und Ausgangsspannungen der Einrichtung von Fig. 4,
Fig. 6 Wellenformen der Eingangsspannung und des Eingangsstromes der Einrichtung von Fig. 4,
Fig. 7 ein Schaltdiagramm einer herkömmlichen Leistungsversorgungseinrichtung, und
Fig. 8 und 9 Wellenformen, die an verschiedenen Teilen der Einrichtung von Fig. 7 auftreten.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß der Erfindung wird, selbst wenn das Potential der ersten Schalteinrichtung als Folge eines Abschaltens der Schalteinrichtung angehoben wird, dieses Potential durch die zweite Schalteinrichtung und den Kondensator festgeklemmt oder gehalten, wodurch das Auftreten eines Spannungsstoßes verhindert wird. Zusätzlich wird, da die zweite Schalteinrichtung zu diesem Zeitpunkt AN ist, die über dem Kondensator vorhandene Spannung an die Primärwicklung des Transformators angelegt, wo nur eine geringe oder keine Möglichkeit für das Auftreten eines Überschwingens besteht.
Gemäß der Erfindung kommt der Resonanzkondensator, der mit der Schalteinrichtung oder den beiden Klemmen der Schaltlements verbunden ist, mit der Streuinduktivität des Transformators während eines An- oder Ausschaltvorganges in Resonanz oder in ein Mitschwingen, wodurch die Änderungsrate der Betriebsspannung verringert wird, so daß der Pegel des Schaltungsrauschens reduziert werden kann.
Darüber hinaus wird die Energie, die sich in dem in Reihe mit der zweiten Schalteinrichtung zu den Klemmen der Primärwicklung des Transformators geschalteten Kondensators angesammelt hat, von der Sekundärwicklung durch den Transformator während einer AN-Perode der zweiten Schalteinrichtung freigegeben, und daher kann eine längere Ausgangsnachwirkzeit als verglichen mit einer Anordnung nach dem Stand der Technik erreicht werden.
Fig. 1 zeigt eine Schalteinrichtung für Leistungsversorgung gemäß der Erfindung. In Fig. 1 sind Elemente, die zu solchen in Fig. 7 äquivalent sind, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet und ihre detaillierte Beschreibung ist weggelassen. Die Einrichtung von Fig. 1 weist eine Gleichstromquelle 1, einen Transformator 3, ein Schaltelement 4, eine Diode 5, Gleichrichterdiode 7, einen synchronisierenden Schwingkreis 6, einen Glättungskondensator 8 und einen Steuerschaltkreis 9 auf. Das Schaltelement 4 und die Diode 5 sind parallel geschaltet und bilden die erste Schalteinrichtung. Das Schaltelement 4 wird durch den synchronisierenden Schwingkreis 6 gesteuert. Die Gleichrichterdiode 7 und der Glättungskondensator 8 bilden den Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis. Der Transformator 3 weist eine Primärwicklung 3a, eine Sekundärwicklung 3c und eine Vorspannungswicklung 3b auf. Die Einrichtung von Fig. 1 weist darüber hinaus ein weiteres Schaltelement 11 auf, welche durch den Steuerschaltkreis 9 gesteuert wird, eine weitere Diode 12 und einen Kondensator 13. Das Schaltelement 11 und die Diode 12 sind parallel geschaltet und bilden die zweite Schalteinrichtung. Der Steuerschaltkreis 9 hat Eingangsanschlüsse, die jeweils mit den Ausgangsklemmen 10 und 10' verbunden sind. Die Eingangsanschlüsse des Steuerschaltkreises 9 sind elektrisch von den Ausgangsanschlüssen, die mit dem Schaltelement 11 verbunden sind, getrennt.
Der Betrieb der Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung wird mit Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, in welcher Wellenformen an verschiedenen Teilen der Einrichtung gezeigt sind.
In Fig. 2 zeigt (a) die Wellenform einer Spannung VDS die über dem Schaltelement 4 anliegt; (b) einen Primärstrom ID, der durch das Schaltelement 4 oder die Diode 5 fließt; (c) die Wellenform eines Ausgangstreiberimpulses VG1 von dem synchronisierenden Schwingkreis 6; (d) einen Primärstrom IC, der durch das Schaltelement 11 oder die Diode 12 fließt; (e) die Wellenform eines Treiberimpulses VG2 zum Schalten des Elementes 11; (f) einen Sekundärstrom I&sub0;, der durch die Sekundärwicklung 3c fließt; und (g) die Änderung des magnetischen Flusses φ in dem Transformator 3.
Wenn der Primärstrom ID durch die Primärwicklung 3a während einer AN-Periode des Schaltelements 4 fließt, wobei diese Periode von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 bestimmt wird, entwickelt sich ein magnetischer Fluß in dem Transformator 3, so daß Energie in den Transformator 3 angesammelt wird, woraufhin sich eine induzierte Spannung in der Sekundärwicklung 3c entwickelt. Die Sekundärwicklung 3c ist in solch einer Weise gewickelt, daß die Gleichrichterdiode 7 rückwärts von dieser induzierten Spannung vorgespannt wird. Die Anordnung ist derart, daß die Diode 12 auf der Primärseite durch diese Spannung rückwärts vorgespannt wird, und auch derart, daß das Schaltelement 11 so angesteuert wird, daß es unter dieser Bedingung in seiner AUS-Position verbleibt. Wenn das Schaltelement 4 auf AUS in Reaktion auf ein AUS-Signal von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 schaltet, entwickelt sich in der Primärwicklung 3a eine Rücklaufspannung und die Diode 12 wird vorwärts vorgespannt. Gleichzeitig wird eine Rücklaufspannung in der Sekundärwicklung 3c in solch einer Richtung induziert, daß die Gleichrichterdiode 7 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird. Entsprechend wird die in dem Transformator 3 angesammelte Energie als Primärstrom IC durch die Primärwicklung 3a und die Diode 12 und auch als Sekundärstrom I&sub0; durch die Sekundärwicklung 3c freigegeben. Der Primärstrom IC wird daraufhin durch den Kondensator 13 geglättet, um als Gleichspannung VC abgegeben zu werden, und der Sekundärstrom I&sub0; wird durch den Glättungskondensator 8 geglättet, um als Ausgangsspannung an die Ausgangsklemmen 10 und 10' abgegeben zu werden. In diesem Fall wird das Schaltelement 11 von dem Steuerschaltkreis 9 betätigt, um auf AN zu schalten, aber es vollzieht sich keine spezielle Änderung bei dem Betrieb, ob nun der Primärstrom entweder durch die Diode 12 oder das Schaltelement 11 fließt.
Wenn Kapazitätskomponenten, wie eine parasitäre Kapazität, nicht berücksichtigt werden, beginnt die in dem Transformator 3 angesammelte Energie, zuerst von der Primärwicklung 3a unter dem Einfluß der Streuinduktivität bei der Spannungsumkehr in jeder der Wicklungen des Transformators 3 freigegeben zu werden, wobei jene Spannungsumkehr durch den AUS-Schaltvorgang des Schaltelements 4 hervorgerufen wird. Das heißt, der Primärstrom IC beginnt mit dem Anfangswert zu fließen, der mit dem Endwert IP des Primärstromes ID zusammenfällt, während der Sekundärstrom I&sub0; von Null aus ansteigt. In diesem Fall sinkt der magnetische Fluß φ in dem Transformator 3 linear, da die in dem Transformator 3 angesammelte Energie freigegeben wird, während die Gleichspannung VC an die Primärwicklung 3a angelegt ist. Entsprechend fällt der Primärstrom IC solange monoton ab, bis er schließlich auf 0 Ampere reduziert ist. Danach beginnt, da sich das Schaltelement 11 in dem AN-Zustand befindet, der Entladungsstrom von dem Kondensator 13 zu der Primärwicklung 3a durch das Schaltelement 11 zu fließen. Da die Gleichspannung VC an die Primärwicklung 3a angelegt ist, wird die Gleichrichterdiode 7 vorwärts vorgespannt, so daß der Sekundärstrom I&sub0; weiterhin fließt.
Nachdem die in dem Transformator 3 angesammelte Energie gänzlich freigegeben worden ist, während das Schaltelement 4 auf AN ist, bleibt die Gleichspannung VC von dem Schaltelement 11 angelegt, wodurch der Transformator 3 umgekehrt erregt wird und in ihm Energie in der umgekehrten Richtung angesammelt wird. Wenn das Schaltelement 11 durch den Steuerschaltkreis 9 auf AUS geschaltet wird, wird die Spannung der Wicklungen des Transformators 3 invertiert und die Gleichrichterdiode 7 wird rückwärts vorgespannt, so daß der Fluß des Sekundärsstromes I&sub0; beendet wird. Daher hat die in der Primärwicklung 3a induzierte Spannung eine derartige Richtung, daß die Polarität an der Anschlußklemme, an der das Schaltelement 4 angeschlossen ist, negativ ist und die Polarität an der Klemme, an der die Eingangsklemme 2 angeschlossen ist, positiv ist. Entsprechend fließt der Primärstrom ID durch die Diode 5 in eine Richtung, so daß die Gleichstromquelle geladen wird, wodurch die in dem Transformator 3 während einer AUS-Periode angesammelte Energie an die Gleichstromquelle 1 für eine Leistungswiederherstellung (Leistungsregeneration) abgegeben wird. In diesem Fall wird die Polarität der induzierten Spannung, die sich in der Vorspannungswicklung 3b entwickelt, auch invertiert und entsprechend betätigt der synchronisierende Schwingkreis 6 das Schaltelement 4, um auf AN zu schalten. Es sei jedoch bemerkt, daß sich keine spezielle Änderung bei dem Betrieb ergibt, ob der Primärstrom ID nun entweder durch das Schaltelement 4 oder die Diode 5 fließt.
Wenn die gesamte in dem Transformator 3 während einer AUS- Periode angesammelte Energie, bis der Primärstrom auf Null reduziert ist, freigegeben ist, fließt der Primärstrom ID von der Gleichstromquelle 1 durch das Schaltelement 4, welches sich bereits in dem AN-Zustand befindet, in die zu der Entladungsrichtung umgekehrte Richtung, so daß sich ein magnetischer Fluß in dem Transformator 3 aufbaut, wodurch darin Energie angesammelt wird. In diesem Zustand gibt es keine Änderung der Polarität der in jeder der Wicklungen des Transformators 3 induzierten Spannung und das Schaltelement 4 wird von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 in dem AN-Zustand gehalten. Wenn das Schaltelement 4, das in AN-Intervallen arbeitet, die von dem synchronisierenden Schwingkreis 6 bestimmt werden, auf AUS geschaltet wird, wird die in dem Transformator 3 angesammelte Energie einerseits über die Primärwicklung 3a an den Kondensator 13 freigegeben und andererseits wird sie als Sekundärstrom I&sub0; über die Sekundärwicklung 3c an den Ausgang abgegeben. Durch die Wiederholung von Zyklen dieser Operationen wird die Ausgangsspannung kontinuierlich von den Ausgangsklemmen 10 und 10' abgegeben.
Die Art und Weise der Durchführung der stetigen Kontrolle der Ausgangsspannung in der Einrichtung von Fig. 1 wird nun beschrieben. In Fig. 2, die die Wellenformen an verschiedenen Stellen der Leistungsversorgungseinrichtung von Fig. 1 zeigt, ist die AUS-Periode (zwischen den Zeitpunkten t&sub1; und t&sub3;) des Treiberimpulses VG1 in dem synchronisierenden Schwingkreis 6 durch TAUS gekennzeichnet, die Periode (zwischen den Zeitpunkten t&sub2; und t&sub3;) der rückwärts gerichteten Erregung des Transformators 3 ist durch T'AUS gekennzeichnet, die AN-Periode (zwischen den Zeitpunkten t&sub3; und t&sub5;) ist durch TAN gekennzeichnet und die regenerative Periode (zwischen den Zeitpunkten t&sub3; und t&sub4;) des Primärstromes ID ist durch T'AN gekennzeichnet.
Während des stetigen Betriebs der Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung dieser Ausführungsform gibt es wenig oder keine Fluktuation der Gleichspannung VC, da die Kapazität des Kondensators 13 ausreichend groß ist. Der Primärstrom IC in der AUS-Periode, der ein wellenförmiger Strom ist, ist bezüglich sowohl der Ladungs- als auch in der Entladungsperiode gleich mit einem mittleren Strom von 0 Ampere. Daher ist die von der Sekundärwicklung 3c abgegebene und von den Ausgangsklemmen 10 und 10' abgegebene Energie gleich der Differenz zwischen der in dem Transformator 3 während der AN-Periode angesammelten Energie und der Energie, die an die Gleichstromquelle 1 zu ihrer Regeneration während der Periode T'AN abgegeben wird. Die Gleichstromspanung VC wird durch den folgenden Ausdruck wiedergegeben: VEINGANG
Dies tritt auf, wenn bei dem Betrieb zur Stabilisierung der Ausgangsspannung, wie bereits mit Bezugnahme auf den regenerativen Steuerungstyp von Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung beschrieben, die Gleichstromspannung VC als Nullast-Ausgangsspannung betrachtet wird.
Des weiteren wird aus der Tatsache, daß die Ausgangsspannung VAUSGANG in der Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung dieser Ausführungsform durch ein Gleichrichten der Rücklaufspannung der Sekundärwicklung 3c erhalten wird, die folgende Beziehung erhalten:
VAUSGANG = NS/NP VC
Daher zeigt sich, daß die Ausgangsspannung VAUSGANG durch ein Einstellen der Gleichspannung VC reguliert werden kann. Beispielsweise wird, wenn der Ausgangsstrom IAUSGANG abgenommen hat und im Gegenzug die Ausgangsspannung VAUSGANG angestiegen ist, die AN-Periode des Schaltelements 11 (d.h. die AUS-Periode TAUS des Schaltelements 4) durch den Steuerungsschaltkreis 9 verlängert, so daß die aus dem Kondensator 13 hinausgehende Ladungsmenge größer wird als die in ihn hereinkommende Ladungsmenge, was zur Folge hat, daß die Gleichspannung VC verringert wird. Wenn die Gleichspannung VC abnimmt, nimmt die Ausgangsspannung VAUSGANG auch ab, und die Spannung VC, die sich in den Wicklungen des Transformators 3 entwickelt und an diesen Wicklungen anliegt, fällt. Daher wird der Gradient des Primärstromes IC so verringert, daß die Gleichspannung VC schließlich eine Höhe erreicht, bei der die Ausgangsspannung VAUSGANG einen vorbestimmten Wert erreicht. Das heißt, die Ausgangsspannung VAUSGANG kann durch eine Regulierung der AN-Periode des Schaltelements 11 stabilisiert werden. In erster Linie gibt es nicht viel Raum für die Variation der Gleichspannung VC zum Zwecke der Korrektur der Fluktuation (Lastregulierung) der Ausgangsspannung VAUSGANG aufgrund der Fluktuation des Ausgangsstromes IAUSGANG Wenn die AN-Periode TAN konstant ist, neigt die AUS-Periode TAUS wenig zu einer Variation und dadurch sind auch die Schaltfrequenz und die Variationsbreite ΔB des magnetischen Flusses im wesentlichen konstant. Generelle Aspekte in Bezug darauf sind durch die unterbrochenen Linien in Fig. 2 gezeigt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Die Ausführungsform von Fig. 3 weist eine ähnliche Konstruktion wie die der Ausführungsform von Fig. 1 auf, außer daß der Kondensator 16 parallel mit der Diode 5 geschaltet ist und ein weiterer Kondensator 17 so angeordnet ist, daß er die Klemmen der Sekundärwicklung 3c überbrückt. Die Kondensatoren 16 und 17 wirken als Resonanzkondensatoren. Durch ein Verbinden des Resonanzkondensators 16 mit dem Schaltelement 4, wie in Fig. 3 gezeigt, ist es möglich, einen möglichen starken Anstieg der Spannungswellenform bei jedem Ausschaltvorgang des Schaltelements 4 abzuschwächen. Die Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung der Ausführungsform hat eine ähnliche Leistungswiederherstellung (Leistungsregeneration), wie diejenige des zuvor beschriebenen regenerativen Typs von Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung nach dem Stand der Technik. Die in dem Resonanzkondensator 16 angesammelte Ladung wird an die Gleichstromquelle 1 zur Leistungsregeneration während der Ausschaltperiode des Schaltelements 11 abgegeben und dadurch wird sie nicht auf einen Anschaltverlust bei dem Schaltelement 4 reduziert. Der Resonanzkondensator 17, der an beide Klemmen der Sekundärwicklung 3c angeschlossen ist, kann einen Spannungsstoß, welcher sich über die Gleichrichterdiode 7 bei dem starken Abfall des Sekundärstromes I&sub0; auf 0 Ampere bei dem Ausschalten des Schaltelements 11 entwickeln kann, unterdrücken. Andere Betriebszustände als diejenigen in den Übergangsphasen sind äquivalent zu den zuvor mit Bezugnahme auf die Ausführungsform von Fig. 1 beschriebenen, weshalb ihre Beschreibung weggelassen wird.
Die Hinzufügung dieser Resonanzkondensatoren hat in Übergangsphasen die Wirkung, daß keine Änderung der Ausgangsimpedanz in irgendeiner der Spulen des Transformators 3 auftritt und insbesondere während der AUS-Periode des Schaltelements 4 eine leichte Änderung des Anfangswerts des Stromes in jeder der Spulen auftritt. Dies beeinflußt den Steuerungsbetrieb jedoch wenig und führt eher zu einem Vorteil, da der Höchstwert des Primärstromes IC während der AUS-Periode gesenkt wird, so daß der Stromverlust insgesamt gesenkt wird.
Der Resonanzkondensator 16 kann mit beiden Klemmen der Primärwicklung 3a oder mit beiden Klemmen des Schaltelements 11 verbunden werden. In jedem Fall können genauso ähnlich exzellente Effekte erhalten werden. Der Resonanzkondensator 17 kann an die Klemmen der Gleichrichterdiode 7 angeschlossen werden, wobei in diesem Fall auch ähnliche Effekte erhalten werden können.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist die AN- Periode TAN fest und die Ausgangsspannung VAUSGANG wird durch eine Regulierung der AUS-Periode TAUS stabilisiert. Alternativ ist die AUS-Periode TAUS fest und die Ausgangsspannung VAUSGANG wird durch Regulierung der AN-Periode TAN stabilisiert. Weiterhin ist es auch möglich, daß der Schaltzyklus (TAN + TAUS) der beiden Schaltelemente 4 und 11 fest ist und die Ausgangsspannung VAUSGANG durch Regulierung des AN/AUS-Verhältnisses stabilisiert wird. Bei beiden der zuvor genannten Möglichkeiten kann die Erfindung mit demselben Effekt realisiert werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform von Fig. 4 weist einen Vollwellen-Gleichrichterschaltung 19, einen Eingangskondensator 20, der mit den Ausgängen der Vollwellen-Gleichrichterschaltung 19 verbunden ist, und einen Steuerungstreiberschaltung 21 auf. Die Ausführungsform von Fig. 4 ist so ausgebildet, daß die Gleichstromquelle durch Gleichrichten und Glätten einer Wechselstromquelle erhalten wird, und die anderen Bestandteile dieser Ausführungsform können in ähnlicher Weise ausgebildet werden, wie diejenigen der Ausführungsform von Fig. 1. Namentlich ist, wenn der Eingangskondensator 20 als Eingangsgleichstromquelle 1 in Fig. 1 verwendet wird, die Betriebsweise der dritten Ausführungsform die gleiche, wie die der ersten Ausführungsform. Der Steuertreiberschaltung 21 kann so ausgebildet sein, daß sie die Vorspannungswicklung 3b des Transformators 3, den synchronisierenden Schwingkreis 6 und den Steuerungsschaltkreis 9 aus Fig. 1 enthält, oder alternativ kann sie eine Schaltung sein, welche solche anderen Ausgangsspannungsstabilisierungsmethoden, wie oben beschrieben, durchführen kann. Deshalb ist die Beschreibung der Betriebsweise dieser Ausführungsform weggelassen und die Art und Weise, in der eine Ausgangshaltezeit oder -nachwirkzeit erhalten wird, die länger ist als diejenige, die man bei einer konventionellen Anordnung erhält, wird nun mit Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
In Fig. 5 ist V&sub0;&sub1; ein Sollwert der Gleichspannung VAUSGANG; V&sub0;&sub2; ist die zulässige untere Grenze der Ausgangsgleichspannung VAUSGANG; Vi1 ist ein Wert der Eingangsgleichspannung VEINGANG während des stetigen Betriebs; Vi2 ist die stabilisierte untere Grenze der Eingangsgleichspannung VEINGANG, bei der die Steuertreiberschaltung 21 einen Treiberimpuls an das Schaltelement 4 abgibt, welcher das maximale AN/AUS-Verhältnis hat; und Vi3 ist die Anhaltespannung, bei welcher die Steuerstreiberschaltung 21 anhält. Die Ausgangsnachwirkzeit ist ein Zeitraum, der von dem Stoppen der Energiezufuhr von der Wechselstromquelle bis zum Fallen der Gleichspannung VAUSGANG auf einen Wert unterhalb der zulässigen Untergrenze V&sub0;&sub2; dauert.
Wenn der Eingang unterbrochen wird, beginnt die Eingangsgleichspannung VEINGANG von dem Wert Vi1 ausgehend zu fallen, aber solange bis sie die stabilisierte untere Grenze Vi2 erreicht, bleibt die Ausgangsspannung VAUSGANG auf dem Sollwert V&sub0;&sub1;. In diesem Zeitraum ist die Betriebsweise der Ausführungsform ähnlich zu derjenigen einer konventionellen Einrichtung. Wenn die Eingangsgleichspannung VEINGANG weiter auf einen kleineren Wert als die stabilisierte untere Grenze Vi2 fällt, wird der Treiberimpuls von der Steuerungstreiberschaltung 21 an das Schaltelement 4 auf das maximale AN/AUS-Verhältnis fixiert, und während die Eingangsgleichspannung fällt, beginnt die Ausgangsspannung VAUSGANG ausgehend von dem Sollwert V&sub0;&sub1; zu fallen. Bei einer konventionellen Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung wird die Ausgangsenergie lediglich von dem Eingangskondensator 20 geliefert. Im Gegensatz dazu wird gemäß dieser Ausführungsform auch Energie von dem Kondensator 13 während der AUS-Periode des Schaltelements 4 zugeführt, was zur Folge hat, daß die Eingangsgleichspannung VEINGANG und die Ausgangsspannung VAUSGANG mit Raten abnehmen, die geringer sind als diejenigen bei der konventionellen Anordnung. In Fig. 5 repräsentieren mit "A" gekennzeichnete Kurven Spannungsvariationen bei der vorliegenden Ausführungsform und mit "B" gekennzeichnete Kurven repräsentieren diejenigen bei der konventionellen Anordnung. Dieser Zustand hält an, bis die Eingangsgleichspannung VEINGANG kleiner wird als die Anhaltespannung Vi3, so daß der Betrieb gestoppt wird. Während dieses Ablaufes wird die Ausgangsspannung VAUSGANG geringer als die zulässige untere Grenze V&sub0;&sub2;. Auf diese Weise ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Ausgangsnachwirkzeit länger als diejenige bei einer konventionellen Anordnung.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann daher, falls die Ausgangsnachwirkzeit auf denselben Wert wie bei einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik gehalten werden soll, die statische Kapazität des Eingangskondensators 20 vermindert werden. Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen der Eingangsgleichspannung VEINGANG und des Eingangsstromes Ii für den Fall zeigt, bei dem die statische Kapazität des Eingangskondensators 20 gering ist (Kurven C) und für den Fall, bei dem die statische Kapazität groß ist (Kurven D). Wie aus Fig. 6 offensichtlich hervorgeht, kann, falls der Eingangskondensator, welcher die Wechselstromquelle gleichrichtet und glättet, in seiner Größe reduziert werden kann, die Leitungsperiode des Eingangsstromes Ii verlängert werden, so daß der Leistungsfaktor verbessert werden kann. Darüber hinaus kann die Effizienz der Einrichtung durch ein Verringern des Maximalwertes des Eingangsstromes Ii verbessert werden.
Bei dem konventionellen Steuerungstyp von Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung ist das Gleichrichterelement, das auf der Sekundärseite des Transformators angebracht ist, mit dem Schalteinrichtung versehen und die Energie auf der Sekundärseite wird zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Transformators wiederhergestellt (regeneriert), wodurch der Ausgang stabilisiert wird. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gleichspannung verwendet, die durch Gleichrichten und Glättung einer Rücklaufspannung in der Primärwicklung erhalten wird, und die Energieregeneration kann mit Hilfe eines Gleichrichtelements durchgeführt werden, welches nicht mit einer Schalteinrichtung versehen ist, wodurch der Ausgang stabilisiert werden kann. Daher wird gemäß der Erfindung, ohne daß dabei die charakteristische Eigenschaft der Anordnung nach dem Stand der Technik eingeschränkt wird, aufgrund der Tatsache, daß keine Fluktuation in der Schaltfrequenz und in dem Variationsrahmen des magnetischen Flusses durch die Last hervorgerufen wird, die während jeder AUS-Periode vorherrschende Spannung des Schalteinrichtung auf der Primärseite immer auf der Summe der Eingangsspannung und der Gleichstromspannung festgehalten und es ist deshalb möglich, jeglichen übermäßigen Spannungsstoß uhd/oder ein Überschwingen während jeder Ausschaltperiode zu verhindern. Des weiteren wird die Leistungswiederherstellung (Leistungsregeneration) lediglich auf der Primärseite durchgeführt und nicht zwischen der Primär- und der Sekundärseite, so daß die Leistungsregeneration effizient ohne Auftreten eines Verlustes bei der regenerierten Leistung aufgrund des Wirkungsgrades des Transformators erzielt werden kann.
Gemäß der Erfindung erlaubt darüber hinaus die regenerative Fähigkeit der Einrichtung einen Nullpunkt-Anschaltvorgang, und die Hinfügung eines Resonanzkondensators zur Reduzierung eines möglichen Abschaltverlustes und/oder von Hochfrequenzrauschen führt nicht zu Anschaltverlusten, sondern verhindert vielmehr, wie bereits zuvor bemerkt, Überschwingvorgänge, denn die in dem Kondensator angesammelte Ladung wird an die Eingangsleistungsquelle zur Leistungsregeneration abgegeben. Insbesondere ist es durch die Hinzufügung eines solchen Resonanzkondensators auf der Sekundärseite des Transformators nicht nur möglich, das Gleichrichtelement gegen einen Spannungsstoß zu schützen, sondern auch, den Maximalwert des Primärwicklungnstromes während jeder AUS-Periode zu verringern. Dies führt natürlicherweise zu einer verbesserten Effizienz und verbesserter Zuverlässigkeit.
Des weiteren ist gemäß der Erfindung, für den Fall, daß eine Eingangsgleichstromquelle aus einer Wechselstromquelle über einen Gleichrichterschaltkreis und einen Eingangskondensator erhalten werden soll, die Abhängigkeit der Ausgangsnachwirkzeit von der statischen Kapazität des Eingangskondensators reduziert, so daß die statische Kapazität verringert werden kann und die Leitungsperiode des Eingangsstromes von der Wechselstromquelle erweitert werden kann. Auch kann der Spitzenwert eines solchen Stromes unterdrückt werden. Daher kann eine exzellente Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung erhalten werden, welche einen verbesserten Leistungsfaktor und eine verbesserte Effizienz aufweist.

Claims

1. Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung, die eine Gleichstromquelle und einen Transformator (3) aufweist, wobei besagte Einrichtung des weiteren aufweist:

eine erste Schalteinrichtung (4, 5), die mit der Primärwicklung (3a) des Transformators in Reihe geschaltet ist, wobei dieser Serienschaltkreis mit den Anschlußklemmen der Gleichstromquelle verbunden ist,

eine zweite Schalteinrichtung (11, 12),

einen Kondensator (13), der in Reihe mit dem zweiten Schaltelement (11, 12) geschaltet ist, wobei der Serienschaltkreis besagten Kondensator (13) enthält und besagtes zweites Schaltelement (11, 12) über der Primärwicklung (3a) bzw. parallel zu dieser angeschlossen ist,

einen Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis (7, 8) und eine Treibereinrichtung (21) zum abwechselnden Ansteuern besagter erster und zweiter Schalteinrichtung (4, 5, 11, 12) mit vorbestimmten AN-AUS-Perioden, wobei besagte Treibereinrichtung (21) dazu ausgebildet ist, auf die Ausgangsgleichspannung besagten Gleichrichter- und Glättungsschaltkreises (7, 8) anzusprechen,

dadurch gekennzeichnet, daß besagter Gleichrichter- und Glättungsschaltkreis (7, 8) dazu ausgebildet ist, eine Rücklaufspannung gleichzurichten und zu glätten, welche in der Sekundärwicklung (3c) des Transformator erzeugt wird und der weiterhin die resultierende Gleichspannung abgibt.

2. Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Resonanzkondensator (16, 17) mit den Anschlußklemmen von wenigstens einer der besagten ersten und zweiten Schalteinrichtung (4, 5, 11, 12) und den besagten Primär- und Sekundärwicklungen (3a, 3c) verbunden ist.

3. Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) besagte Gleichstromquelle einen Gleichrichterschaltkreis (19) für den Empfang und das Gleichrichten einer Wechselspannung aufweist, wobei besagter Gleichrichterschaltkreis (19) wenigstens ein Gleichrichtelement und eine Eingangskondensatoreinrichtung (20) zur Glättung des Ausganges von besagtem Gleichrichterschaltkreis (19) aufweist, und

b) besagter Serienschaltkreis, der die besagte erste Schalteinrichtung (4, 5) und die besagte Primärwicklung (3a) enthält, mit besagter Eingangskondensatoreinrichtung (20) verbunden ist.

4. Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Antriebseinrichtung aus einer ersten (6) und einer zweiten (9) Treibereinrichtung besteht, die zum abwechselnden Ansteuern besagter erster und zweiter Schalteinrichtung (4, 5, 11, 12) mit vorbestimmten AN-AUS-Perioden dient, wobei besagte erste Treibereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, auf eine Primärspannung anzusprechen und besagte zweite Treibereinrichtung (9, 21) dazu ausgebildet ist, auf besagte Ausgangsgleichspannung anzusprechen.

5. Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wengistens eine der besagten ersten und zweiten Schalteinrichtungen (4, 5, 11, 12) ein Schaltelement (4, 11) und eine Diodeneinrichtung (5, 12) aufweist, die parallel geschaltet sind.

6. Schalteinrichtung zur Leistungsversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Transformator (3) weiterhin eine Vorspannungswicklung (3b) aufweist und besagte erste Treibereinrichtung (6) dafür vorgesehen ist, besagte erste Schalteinrichtung (4) anzusteuern, wobei besagte erste Treibereinrichtung (6) mit besagter Vorspannungswicklung (3b) verbunden ist.