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Bereich der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltmodusleistungsversorgung mit zwei Ausgangsschaltungen,
von denen eine direkt durch die Steuerung der Eingangsschaltvorrichtung
gesteuert wird und die andere direkt geregelt wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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In der Technik ist bekannt, wie eine
Schaltmodusleistungsversorgung mit mehreren Ausgängen geschaffen wird, und 1 zeigt eine solche Versorgung
in der Form eines Vorwärtswandlers 10 mit
zwei Ausgängen 11, 12.
Wie hinreichend bekannt ist, ist es durch Einstellen des Tastverhältnis der
Schaltvorrichtung 14 möglich,
die Ausgabespannung eines Vorwärtswandlers
zu variieren; wenn jedoch mehrere Ausgänge vorliegen, kann jedoch
die Ausgabespannungsregulierung nur für einen solchen Ausgang vorgenommen
werden. Bei der Versorgung in 1 läßt der Ausgang
erst seine Spannung regulieren, indem er seine Ausgangsspannungsrückkopplung
die Schaltung 15 steuern läßt (die Ausgangsspannung ist
nicht direkt mit der Steuerungsschaltung 15 verbunden),
damit eine Isolierung verhindert wird; statt dessen wird ein Maß dieser
Spannung rückgekoppelt,
und dies ist die Bedeutung des gestrichelten Ovals um den Ausgang
der Schaltung 11).
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Wenn die Regulierung der anderen
Ausgänge
notwendig ist, dann werden allgemein zusätzliche Regulierungsstufen
verwendet. Um die Notwendigkeit dafür zu beseitigen, ist bekannt,
daß die
Ausgabeinduktoren 16 und 17 auf einen gemeinsamen Kern
gewickelt sind, so daß eine
Veränderung
des unregulierten Ausgangs gekoppelt wird. Eine solche Anordnung
ist teilweise wirksam und kann Anlaß zu Stabilitätsproblemen
geben.
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Die US-A-5119013 beschreibt eine
Anordnung, bei der anstelle eines Induktors die Primärwicklung
eines Transformators als die induktive Komponente verwendet wird,
die bei Schalttypregulatoren verwendet wird und mit der ersten Ausgangsspannung
in Reihe geschaltet ist. Die Sekundärwicklung liefert eine isolierte
zweite Ausgangsspannung.
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Es ist ebenfalls bekannt, daß die mehreren Ausgänge durch
serielles Verbinden ihrer Antriebsinduktoren direkter integriert
sind. Eine solche Anordnung ist in 2 für einen
Sperrwandler 20 mit zwei Sekundärwicklungen, die zwei Ausgänge 21, 22 liefern,
gezeigt. In diesem Fall wird der Ausgang 21 durch eine
serielle Verbindung der zwei Sekundärwicklungen geliefert, während der
Ausgang 22 nur eine der Sekundärwicklungen verwendet. Ein
Nachteil einer solchen Anordnung ist, daß der Ausgang 21 stets
den gesamten Strom durch die Dioden D1 und D2 zieht, was die Effizienz
der Leistungsversorgung mindert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Schaltmodusleistungsversorgung mit einer verbesserten
Anordnung zur indirekten Regulierung eines zweiten Ausgangs zu schaffen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Schaltmodusleistungsversorgung geschaffen, die
folgende Merkmale aufweist:
einen Eingangsschaltungsaufbau,
der eine Schaltvorrichtung zum Zerhacken der Eingangsleistung umfaßt,
eine
erste Ausgangsschaltung zum Liefern einer ersten Ausgangsspannung
zwischen einer ersten Leitungsausgabe und einer gemeinsamen Leitung,
wobei die erste Ausgangsschaltung Leistung von dem Eingangsschaltungsaufbau
empfängt
und eine erste Wicklung umfaßt,
die auf einen energiespeichernden Magnetkern gewickelt ist,
eine
Steuerungsschaltung zum Steuern des Betriebs der Schaltvorrichtung
ansprechend auf den Pegel der ersten Ausgangsspannung, wodurch die
erste Ausgangsspannung im wesentlichen konstant gehalten wird,
eine
zweite Ausgangsschaltung zum Liefern einer zweiten Ausgangsspannung,
die kleiner als die erste Ausgangsspannung ist, zwischen einem zweiten
Leitungsausgang und der gemeinsamen Leitung, wobei die zweite Ausgangsschaltung
eine zweite Wicklung umfaßt,
die ebenfalls auf den Magnetkern gewickelt ist, und durch die die
zweite Ausgangsschaltung ihre Leistung empfängt, wobei die Spannungen,
die in die erste und die zweite Wicklung während eines Zusammenbruchs
des Magnetfelds in dem Magnetkern induziert werden, die relativen
Größen der
ersten und der zweiten Ausgangsspannungen bestimmen, und
eine
dritte Wicklung, die ebenfalls auf den Magnetkern gewickelt ist
und mit einer Diode zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsausgang
in Reihe geschaltet ist, wobei die Spannung, die in die dritte Wicklung
während
eines Zusammenbruchs des Magnetfelds in dem Magnetkern induziert
wird, der zweiten Ausgangsspannung hinzugefügt wird und von einer solchen
Größe ist,
daß, wenn
die zweite Ausgangsschaltung leicht belastet ist, Strom von der zweiten
Ausgangsschaltung durch die dritte Wicklung zur ersten Ausgangsschaltung
fließen
kann, wobei dieser Strom abnimmt, während die Last auf der zweiten
Ausgangsschaltung zunimmt.
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Bei dieser Anordnung hat das Belasten
der zweiten Ausgangsschaltung eine direkte Auswirkung auf die erste
Ausgangsschaltung in einer Weise, daß die Regulierung, die durch
die Steuerungsschaltung bereitgestellt wird, von der Stabilität der zweiten
Ausgangsspannung profitiert. Ferner nimmt der Leistungsverlust in
der Diode, die der dritten Wicklung zugeordnet ist, mit der Belastung
der zweiten Schaltung ab, die eine erhöhte Effizienz gegenüber der
bekannten Schaltung, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, liefert.
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Vorteilhafterweise ist die erste
Ausgangsschaltung als ein Stoßregler
konfiguriert, und die zweite Ausgangsschaltung ist als ein Sperrwandler konfiguriert,
für den
die erste und die zweite Wicklung jeweils Primär- und Sekundär-Wicklungen eines
energiespeichernden Transformators bilden.
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Es wird ebenfalls darauf hingewiesen,
daß die
erste Ausgangsschaltung dazu dient, eine Abwärtsbewegung der zweiten Ausgangsspannung
abzuklemmen, die tendenziell in Folge von Leckage-Induktanzeffekten
eintreten kann, die sich manifestieren, wenn der zweite Ausgang
leicht belastet ist.
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Andere Konfigurationen der Ausgangsschaltungen
sind ebenfalls möglich.
Somit können
sowohl die erste als auch die zweite Ausgangsschaltung in einer
Sperrwandlerkonfiguration sein, wobei die erste und die zweite Wicklung
jeweilige Sekundäre
eines energiespeichernden Transformators bilden, dessen Primäre einen
Teil des Eingangsschaltungsaufbaus bildet.
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Bei einer weiteren Anordnung ist
die erste Ausgangsschaltung in einer Vorwärtswandlerkonfiguration und
die zweite Ausgangsschaltung ist als ein Sperrwandler konfiguriert,
für den
die erste bzw. die zweite Wicklung eine Primär- und Sekundär-Wicklung
eines energiespeichernden Transformators bilden.
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Weitere Ausgangsschaltungen können ebenfalls
vorgesehen sein, die eine indirekte Regulierung in der gleichen
Weise wie die zweite Ausgangsschaltung aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Schaltmodusleistungsversorgung
mit zwei Ausgängen
mit einer gemeinsamen Leitung geschaffen, wobei die Leistungsversorgung
folgende Merkmale aufweist:
einen Stoßregler zum Liefern einer ersten
Ausgangsspannung an einen ersten der Ausgänge und der eine Schaltvorrichtung,
eine Steuerungsschaltung zum Steuern des Betriebs der Schaltvorrichtung
ansprechend auf den Pegel der ersten Ausgangsspannung, wobei die
erste Ausgangsspannung im wesentlichen konstant zu halten ist, und
eine energiespeichernde induktive Komponente mit einer ersten Wicklung,
die auf einen Magnetkern gewickelt ist, umfaßt,
einen Sperrwandler
zum Liefern einer zweiten Ausgangsspannung, die kleiner als die
erste Ausgangsspannung ist, an einen zweiten der Ausgänge, wobei der
Sperrwandler die gleiche Schaltvorrichtung wie der Stoßregler
verwendet und einen energiespeichernden Transformator umfaßt, der
durch die erste Wicklung des Stoßreglers gebildet ist, die
als eine Primärwicklung
für den
Transformator dient, und eine zweite Wicklung, die auf den Magnetkern
gewickelt ist und als eine Sekundärwicklung des Transformators
dient, und
eine dritte Wicklung, die ebenfalls auf den Magnetkern
gewickelt ist und mit einer Diode zwischen dem ersten und dem zweiten
Ausgang in Reihe geschaltet ist, wobei die Spannung, die in der
dritten Wicklung während
des Zusammenbruchs des Magnetfelds in den Kern induziert wird, zur
zweiten Ausgangsspannung beiträgt
und eine Größe aufweist,
so daß,
wenn der zweite Ausgang leicht belastet ist, Strom vom Sperrwandler
durch die dritte Wicklung zum Stoßregler fließen kann,
wobei der Strom auf Null abnimmt, während die Belastung auf dem
zweiten Ausgang ansteigt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es werden nun drei Formen von einer
geschalteten Modusleistungsversorgung, die die Erfindung verkörpert, mittels
eines uneingeschränkten Beispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm einer bekannten geschalteten Modusleistungsversorgung
in der Form eines Vorwärtswandlers
mit zwei Ausgangsschaltungen, wobei die energiespeichernden induktiven
Komponenten der zwei Ausgangsschaltungen gemeinsam gewickelt sind;
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2 ein
Schaltungsdiagramm einer weiteren bekannten Schaltmodusleistungsversorgung
in der Form eines Sperrwandlers in zwei Ausgangsschaltungen, wobei
der energiespeichernde Transformator des Wandlers zwei Sekundärwicklungen aufweist
und eine der Ausgangsschaltungen eine höhere Spannungsausgabe durch
serielles Verbinden der zwei Sekundärwicklungen liefert;
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3 ein
Schaltungsdiagramm einer ersten Schaltmodusleistungsversorgung,
die die Erfindung verkörpert,
wobei diese Schaltmodusleistungsversorgung zwei Ausgangsschaltungen
aufweist, die jeweils als ein Stoßregler und ein Sperrwandler
konfiguriert sind;
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4 ein
Schaltungsdiagramm einer zweiten Schaltmodusleistungsversorgung,
die die Erfindung verkörpert,
wobei diese Schaltmodusleistungsversorgung zwei Ausgangsschaltungen
jeweils in einer Sperrwandlerkonfiguration aufweist;
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5 ein
Schaltungsdiagramm einer dritten Schaltmodusleistungsversorgung,
die die Erfindung verkörpert,
wobei diese Schaltmodusleistungsversorgung zwei Ausgangsschaltungen
aufweist, die jeweils als ein Vorwärtswandler und ein Sperrwandler konfiguriert
sind; und
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6 ein
Schaltungsdiagramm einer vierten Schaltmodusleistungsversorgung,
die die Erfindung verkörpert,
wobei dieses Ausführungsbeispiel ähnlich dem
von 4 ist, jedoch mit
einer dritten Ausgangsschaltung.
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Beste Möglichkeit
zum Ausführen
der Erfindung
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das in 3 gezeigt
ist, weist eine erste Schaltmodusleistungsversorgung eine erste
Ausgangsschaltung 31 auf, die als ein Stoßregler
konfiguriert ist, wobei die Eingangsleistung durch eine Schaltvorrichtung 34 zerhackt
und einer induktiven Komponente mit einer Wicklung 36 zugeführt wird, die
auf einen energiespeichernden Magnetkern gewickelt ist. Stoßregler
sind in der Technik hinreichend bekannt und der Betrieb der Ausgangsschaltung 31 wird
daher hierin nicht ausführlich
beschrieben. Die Ausgangsschaltung 31 läßt ihre Ausgangsspannung durch
eine Rückkopplung
von ihrem Leitungsausgang an eine Steuerungsschaltung 35 regeln,
die dazu dient, das Tastverhältnis
der Schaltvorrichtung einzustellen, um die Ausgangsspannung der
Schaltung 31 im wesentlichen konstant zu halten.
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Eine zweite Ausgangsschaltung 32 ist
als Sperrwandler gebildet, indem eine Wicklung 37 gemeinsam
mit der Wicklung 36 auf dem gleichen energiesparenden Magnetkern
gewickelt ist. Die Wicklung 36 dient als eine Transformatorprimärwicklung, und
die Wicklung 37 dient als eine Transformatorsekundärwicklung,
um den energiespeichernden Transformator des Sperrwandlers zu bilden.
Die Sperrwandler sind wiederum in der Technik hinreichend bekannt,
und der Betrieb der Ausgangsschaltung 32 wird nicht ausführlich beschrieben.
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Die erste und die zweite Ausgangsschaltung 31, 32 weisen
eine gemeinsame Null-Volt-Ausgangsleitung auf.
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Die Ausgangsspannung der zweiten
Ausgangsschaltung 32 ist von der Ausgangsspannung abhängig, die
für die
erste Ausgangsschaltung 32 gewählt wurde, wobei diese Abhängigkeit
in der induktiven Kopplung der Wicklungen 36 und 37 begründet ist.
Allgemein gesprochen, da die Ausgangsspannungen der Schaltungen 31 und 32 den
Spannungen entsprechen, die in die Wicklungen 36 bzw. 37 während des
Zusammenbruchs des Magnetfelds im gemeinsamen Kern induziert werden,
entspricht das Verhältnis
der Ausgangsspannungen der Schaltungen 31 und 32 dem
Windungsverhältnis
der Wicklungen 36 und 37 (wobei dies hauptsächlich aufgrund der
Diodenspannungsabfälle
in den Schaltungen nicht ganz exakt ist). Bei der Leistungsversorgung von 3 ist die Ausgangsspannung
der zweiten Ausgangschaltung 32 kleiner als die Ausgangsspannung
der Ausgangschaltung 31.
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Um einen Regulierungsgrad der zweiten Ausgangschaltung 32 in
Abhängigkeit
von ihrer Belastung (und nicht von der Belastung der Ausgangsschaltung 31)
zu liefern, wird eine dritte Wicklung 38 gemeinsam mit
den Wicklungen 36 und 37 auf den gleichen Magnetkern
gewickelt. Diese dritte Wicklung 38 ist durch die Diode
D3 vom Leitungsausgang für
die Schaltung 32 mit dem Leitungsausgang für die Schaltung 31 verbunden.
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Der Sinn der Verbindung der Wicklung 38 ist, daß die Spannung,
die in die Wicklung 38 während des Zusammenbruchs des
Magnetfelds in dem gemeinsamen Kern induziert wird, zur Ausgangsspannung
der zweiten Ausgangsschaltung 32 beiträgt. Ferner wird die Größe dieser
induzierten Spannung eingestellt (durch entsprechendes Auswählen der Anzahl
von Windungen der Wicklung 38 relativ zur Anzahl von Windungen
der Wicklungen 36, 37), so daß, wenn die zweite Ausgangsschaltung
durch ihre Last leicht belastet ist, ein Strom von der Schaltung 32 durch
die Wicklung 38 und die Diode D3 zum Leitungsausgang der
Schaltung 31 fließen
kann. Da die Belastung der Schaltung 32 durch ihre eigene
Last jedoch erhöht
wird, verringern die Spannungsverluste in der Schal tung 32 den
Stromfluß durch
die Wicklung 38 auf Null. Der Effekt davon ist, daß die erste Ausgangsschaltung 31 gegenüber der
Belastung der zweiten Ausgangsschaltung empfindlich gemacht wird – wobei
die erhöhte
Belastung der zweiten Ausgangsschaltung 32 zu einem Abfall
der Ausgangsspannung der Schaltung 31 führt, die durch die Steuerungsschaltung 35,
die das Tastverhältnis
der Schaltvorrichtung 34 erhöht, ordnungsgemäß behoben
wird. Dies hat natürlich
den Effekt, daß nicht
nur die Spannung erhöht
wird, die in der Wicklung 36 während des Zusammenbruchs des
Magnetfelds induziert wird, sondern auch die Spannung, die in die Wicklung 37 induziert
wird, wodurch interne Schaltungsverluste, die durch die erhöhte Belastung
erzeugt werden, zu kompensieren sind. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen,
daß bei
einem anfänglichen Lastanstieg
in der Schaltung 32 die Diversion des Stroms von der Wicklung 38 (davon
ausgehend, daß die
Schaltung 31 Strom zieht) zur Last der Schaltung 32 einen
erheblichen ausgleichenden Effekt hat.
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Ein weiterer vorteilhafter Effekt,
der bei dem Ausführungsbeispiel
in 3 vorliegt, ist,
daß die erste
Ausgangsschaltung 31 dazu dient, eine Aufwärtsbewegung
der zweiten Ausgangsspannung abzuklemmen, die tendenziell dann auftritt,
wenn der zweite Ausgang aufgrund einer Leckageinduktanz leicht belastet
ist, die eine Spannungsspitze in der Wicklung 37 beim Ausschalten
der Schaltvorrichtung 34 bewirkt.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist ein Sperrwandler mit
zwei Ausgangsschaltungen 41 und 42 vorgesehen.
Ein Transformator 49 des Sperrwandlers weist einen energiespeichernden
Magnetkern auf. Eine Primärwicklung
des Transformators ist mit einer Schaltvorrichtung 44 in
Reihe geschaltet. Eine erste Sekundärwicklung 36 liefert
die Ausgangsspannung der ersten Ausgangsschaltung 41, die
durch die Rückkopplung
dieser Spannung an eine Steuerungsschaltung 45 reguliert
wird, die das Tastverhältnis
der Schaltvorrichtung 44 steuert.
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Eine zweite Sekundärwicklung
des Transformators 49 liefert die zweite Ausgangsschaltung 42, die
eine ähnliche
Form wie die Schaltung 41 aufweist, jedoch ohne eine Rückkopplungsregulierung. Der
Spannungsausgang der zweiten Ausgangsschaltung 42 ist kleiner
als der Spannungsausgang der ersten Ausgangsschaltung 41.
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Wie bei der Leistungsversorgung von 3 wird eine indirekte Regulierung
der zweiten Ausgangsschaltung 42 mittels einer Wicklung 48 geschaffen,
die auf den gleichen Kern wie die Wicklungen 46 und 47 gewickelt
ist und zwischen den Leitungsausgängen der Ausgangsschaltungen 42 und 41 durch
eine Diode D3 in Reihe geschaltet ist.
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Der Sinn der Verbindung der Wicklung 48 und
ihrer Anzahl von Windungen wird gemäß den vorstehend erörterten
Kriterien unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel von 3 bestimmt, wobei die Aufgabe
erneut ist, zu ermöglichen,
daß ein
Strom von der zweiten Ausgangsschaltung 42 zur regulierten
ersten Ausgangsschaltung bei leichten Lastbedingungen der zweiten
Ausgangsschaltung fließen
kann. Die indirekte Regulierung der Schaltung 42 durch
diese Anordnung operiert in der gleichen Weise wie für die Leistungsversorgung
von 3.
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5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei der eine Schaltmodusleistungsversorgung 50 mit
einer Schaltvorrichtung 54 und einer ersten Ausgangsschaltung 51 versehen
ist, die als Vorwärtswandler
konfiguriert ist. Die erste Ausgangsschaltung 51 weist
eine Wicklung 56 auf, die auf einen energiespeichernden
Magnetkern gewickelt ist. Die Ausgangsspannung der ersten Ausgangsschaltung
ist durch Rückkoppeln
dieser Spannung an eine Steuerungsschaltung 45 direkt geregelt,
die das Tastverhältnis
der Schaltvorrichtung 54 entsprechend einstellt.
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Eine zweite Ausgangsschaltung 54 ist
als ein Sperrwandler mit einer Wicklung 57 vorgesehen,
die auf denselben Kern wie die Wicklung 56 gewickelt ist. Die
Wicklungen 56 bzw. 57 bilden die Primär- und Sekundär-Wicklung
eines energiespeichernden Transformators.
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Wie bei den Ausführungsbeispielen von 3 und 4 wird eine weitere Wicklung 58 gemeinsam
mit den Wicklungen 56 und 57 gewickelt und ist zwischen
den Leitungsausgang der zweiten und der ersten Ausgangsschaltung 52 und 51 durch
eine Diode D3 geschaltet. Die Anordnung und Funktionsweise dieser
weiteren Wicklung 58 ist analog zu der der Wicklungen 38 und 48 in 3 und 4 und wird daher nicht ausführlich beschrieben.
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Natürlich sind verschiedene Modifizierungen an
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
möglich.
Zum Beispiel könnten drei
oder mehr Ausgangsschaltungen bei jeder geringeren Spannung vorgesehen
sein, wobei eine durch eine jeweilige zusätzliche Wicklung und Diode
mit der Ausgangsschaltung mit einer höheren Spannung verbunden ist. 6 zeigt eine solche Anordnung
für eine
Schaltmodusleistungsversorgung ähnlich
der, die in 4 gezeigt
ist; in diesem Fall ist eine dritte Ausgangsschaltung 60 durch
eine Wicklung 61 und eine Diode D6 mit der Ausgangsleitung
der ersten Ausgangsschaltung 41 verbunden, wobei die Wicklung 61 auf
den Kern des Transformators 49 gewickelt ist.