-
Erfindungsgebiet
-
Diese
Erfindung betrifft einen selbsterregten Gleichspannungswandler und
eine Stromzuführungsvorrichtung,
die diesen verwendet, und insbesondere einen selbsterregten Gleichspannungswandler
und eine Stromzuführungsvorrichtung,
die diesen verwendet, die eine konstante Ausgangsspannung für einen
großen
Bereich von Eingangsspannungspegeln erzeugen kann, ohne hohe Spannungen
und Komponenten mit großer
Größe zu verwenden.
-
Erfindungshintergrund
-
Gleichspannungswandler
funktionieren so, dass sie eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung
umwandeln, mit einer Isolierung zwischen dem Eingang und dem Ausgang.
Solche Wandler benutzen normalerweise eine Hochfrequenzschaltungstechnik.
Es gibt viele verschiedene Typen von Wandlern, die alle bestimmte
Vorteile und Nachteile aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist auf
einen selbsterregten Gleichspannungswandler und eine solch einen
Gleichspannungswandler verwendende Stromzuführungsvomchtung gerichtet.
-
5 zeigt
ein Beispiel eines selbsterregten Gleichspannungswandlers nach der
herkömmlichen Technologie.
Bei diesem Beispiel weist der selbsterregte Gleichspannungswandler
eine Reihenschaltung auf, die zwischen Eingangsanschlüssen t1
und t2 geschaltet und aus einem PNP-Transistor Q1, einer Primärwicklung
L1 und einem Kondensator C2 gebildet ist, ferner eine Spannungsabfall-Chopperschaltung,
die aus einer Diode D1 gebildet wird, dessen Kathode mit dem Anschlusspunkt
des Transistors Q1 und der Primärwicklung
L1 verbunden ist, während
seine Anode mit dem Anschlusspunkt (Erde) des Kondensators C2 und
dem Eingangsanschluss t2 verbunden ist. Eine Rückkopplungswicklung L2, die
magnetisch mit der Primärwicklung
L1 gekoppelt ist, ist über
eine Basis und einen Emitter des Transistors Q1 über einen Kondensator C1 verbunden.
-
Des
Weiteren ist in 5 eine Reihenschaltung, die
die Widerstände
R5 und R6 umfasst, zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators C2 geschaltet.
Die Basis eines NPN-Transistors Q7 schließt an den Anschlusspunkt des
Widerstands R5 und R6 an. Der Kollektor des Transistors Q7 schließt an die
Basis eines Transistors Q6 sowie an den Emitter des Transistors
Q1 über
einen Widerstand R10 an. Der Kollektor des NPN-Transistors Q6 schließt an die
Basis des Transistors Q1 über
den Widerstand R9 an und der Emitter des Transistors Q6 schließt an die
Erde an.
-
Die
Funktionsweise dieses selbsterregten Gleichspannungswandlers wird
im Folgenden beschrieben. Die 6(a) bis 6(d) zeigen die Signalformen, die mit dieser
Schaltung einhergehen. Wenn die Eingangsgleichspannungsquelle E
den Eingangsanschlüssen
t1 und t2 zugeführt
wird, fließt
ein Basisstrom über
den Widerstand R10 zum Transistor Q6, wodurch der Transistor Q6
angeschaltet wird. Sowie sich der Transistor Q6 anschaltet, fließt der Basisstrom
I4, der eine Differenz zwischen I2 in 6(c) und
I5 ist, über
den Transistor R9 zum Transistor Q1, und der Transistor Q1 schaltet
sich an. Sowie sich der Transistor Q1 anschaltet, fließt der Kollektorstrom
I1, der in 6(b) gezeigt ist, in den Transistor
Q1, wodurch eine Potentialdifferenz über die Primärwicklung
L1 erzeugt wird.
-
Demgemäß wird auch über die
Rückkopplungswicklung
L2 eine Potentialdifferenz erzeugt, die magnetisch mit der Primärwicklung
L1 gekoppelt ist. Der Transistor Q1 ist infolge der Potentialdifferenz über die
Rückkopplungswicklung
L2 vorgespannt, der unmittelbar den Transistor Q1 anschaltet. Zu
diesem Zeitpunkt lädt
sich der Kondensator C2 über
den Pfad, der aus der Eingangsspannungsquelle E, dem Transistor
Q1, der Primärwicklung
L1, dem Kondensator C2 zur Eingangsspannungsquelle E elektrisch auf.
Auf diese Weise wird dem Kondensator C2 und einer (nicht gezeigten)
Lastschaltung, die über
die Ausgangsanschlüsse
t3 und t4 angeschlossen ist, Energie zugeführt.
-
Der
Kollektorstrom I1, der durch den Transistor Q1 fließt, nimmt
mit dem Parameter zu, der durch die Induktivität der Primärwicklung L1 bestimmt wird. Da
der Basisstrom I4 des Transistors Q1 durch dem Widerstand R9 und
den Transistor Q6 bestimmt wird, wenn der Strom I1 größer als
I4 × hFE wird (wobei hFE eine
Stromverstärkung
im Transistor Q1 ist), versagt der Basisstrom I4 dabei, die Sättigung
des Transistors Q1 aufrecht zu halten, und der Transistor Q1 geht
in den nicht gesättigten
Bereich über.
Demgemäß nimmt
die in 6(a) gezeigte Spannung V1 (Kollektor-Emitterspannung
des Transistors Q1) zu.
-
Sowie
die Spannung V1 zunimmt, nimmt die Spannung über die Primärwicklung
L1 ab und die Spannung über
die Rückkopplungswicklung
L2, die magnetisch mit der Primärinduktionsspule
L1 gekoppelt ist, nimmt ebenfalls ab. Demgemäß nimmt der Basisstrom I4 des
Transistors Q1 ab, was zu einem weiteren Anstieg der Spannung V1 über den
Kollektor-Emitter des Transistors Q1 fährt, die den Transistor Q1
rasch ausschaltet. Zu diesem Zeitpunkt überträgt sich die in der Primärwicklung
L1 gespeicherte Energie, wenn der Transistor Q1 an ist, über den Pfad,
der aus der Primärwicklung
L1, dem Kondensator C2, der Diode D1 und der Primärwicklung
L1 gebildet wird, zum Kondensator 2 und zur Lastschaltung.
Wenn die in der Primärwicklung
L1 gespeicherte Energie vollständig
entladen ist, fließt
der Basisstrom wieder zur Basis des Transistors Q1. Die Oszillation
in dieser Schaltung fährt
mit der Wiederholung des oben beschriebenen Prozesses fort. Der Strom
I3 in der Diode D1 ist in 6(d) gezeigt.
-
Bei
dem in 5 gezeigten Beispiel steuert der Gleichspannungswandler
den Basisstrom des Transistors Q6 durch eine Schaltungsanordnung,
die Widerstände
R5, R6 und einen Transistor Q7 umfasst, auf der Grundlage der Ausgangsspannung
und steuert auf diese Weise den Basisstrom I4 des Transistors Q1.
Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung infolge einer Abnahme der
Last zunimmt, nimmt die Spannung am Anschlusspunkt der widerstände R5 und
R6 zu. Daher nimmt der durch den Transistor Q7 fließende Strom
zu, der die Basisspannung des Transistors Q6 sowie den Basisstrom
des Transistors Q6 vermindert. Da der Kollektorstrom des Transistors Q6
abnimmt, nimmt der Basisstrom I4 des Transistors Q1 ebenfalls ab,
was den Zeitablauf des Transistors Q1 beschleunigt (vorantreibt),
um in den ausgeschalteten Zustand zu gehen. Deshalb nimmt der Höchstwert
des Stroms I1 ab, wodurch die Zunahme der Ausgangsspannung beschränkt wird.
-
Wenn
die Ausgangsspannung infolge einer Zunahme der Last abnimmt, nimmt
andererseits die Spannung am Anschlusspunkt des Transistors R5 und
R6 ab. Daher nimmt der Strom ab, der durch den Transistor Q7 fließt, die
Basisspannung des Transistors Q6 nimmt zu und der Basisstrom des
Transistors Q6 nimmt zu. Demgemäß nimmt
der Basisstrom I4 des Transistors Q1 zu, was den Zeitablauf des
Transistors Q1 verzögert,
in den ausgeschalteten Zustand überzugehen.
Folglich nimmt der Höchstwert des
Stroms I1 zu, wodurch die Abnahme der Ausgangsspannung beschränkt wird.
-
Wie
es im vorherigen beschrieben wurde, steuert bei dieser Schaltung
der Schaltkreis, der die Widerstände
R5, R6 und den Transistor Q7 umfasst, den Basisstrom des Transistors
Q6 auf der Grundlage der Ausgangsspannung und steuert den Basisstrom
I4 des Transistors Q1, wodurch die konstante Ausgangsspannung zur
Lastschaltung aufrecht gehalten wird. Die genauere Beschreibung
dieser herkömmlichen
Gleichspannungswandlerschaltung wird in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 5-2585 gegeben.
-
Der
im Vorhergehenden beschriebene Gleichspannungswandler ermöglicht es,
die konstante Ausgangsspannung mit einer einfachen Schaltungskonfiguration
aufrecht zu halten. Wenn die Eingangsspannungsquelle E aus einem
großen
Spannungsbereich kommerzieller Stromquellen, wie etwa AC100V–AC240V,
durch Gleichrichten und Ausgleichen derselben erzeugt wird, kann
jedoch an den Widerstand R9 und den Transistor Q6 eine hohe Spannung
angelegt werden, die den Basisstrom I4 des Transistors Q1 steuern.
-
Wegen
dieser hohen Spannung fließt
ein großer
Basisstrom, der von mehreren mA (Milliampere) bis zu mehreren zehn
mA reicht, in den Transistor Q6, was zur Zunahme der Wärmeabgabe
und Leistungsverlust durch den Transistor Q6 führt. Zusätzlich müssen Komponenten mit hoher
Durchschlagspannung verwendet werden, was die Gesamtgröße der Wandlerschaltung
vergrößert. Weil sich
der durch den Transistor Q7 fließende Strom in Erwiderung auf
den Spannungspegel der Eingangsspannungsquelle E verändert, ist
darüber
hinaus keine konstante Spannungsrückkopplung durch den Transistor
Q7 verfügbar.
-
GB-A-2
318 655 offenbart eine Schaltung zum Aufladen einer kapazitiven
Last mit einem selbsterregten Gleichspannungswandler nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
WO-A-98/24170
betrifft einen fest verankerten, frei oszillierenden Schaltungsregulator,
umfassend einen Schaltungstransistor und einen Transistor, der als
ein Ausgangsspannungssensor leitend angeschlossen ist, um zu erfassen,
ob ein möglicher Einstellwert überschritten
wird.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen selbsterregten
Gleichspannungswandler mit geringem Leistungsverlust und kleiner
Größe bereitzustellen,
der auch verwendet werden kann, selbst wenn der Eingangsspannungspegel
in einem großen
Bereich variiert.
-
Die
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
-
Der
erfindungsgemäße selbsterregte
Gleichspannungswandler kann dadurch eine Ausgangsspannung mit hoher
Stabilität
erzeugen, dass er ein Temperaturausgleichsmittel zum Ausgleichen
von Änderungen
der Spannung auszugleichen, die durch eine Temperaturcharakteristik
einer Lastschaltung verursacht werden, die an den Gleichspannungswandler
angeschlossen ist.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Aufbau eines selbsterregten Gleichspannungswandlers
bei einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Die 2(a) bis 2(c) sind
Zeitablaufdiagramme, die die Signalformen zur Erläuterung
der Funktionsweise des selbsterregten Gleichspannungswandlers bei
einem ersten Ausführungsbeispiel
zeigen.
-
3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Aufbau einer Stromzuführungsvorrichtung
zeigt, die einen selbsterregten Gleichspannungswandler beim zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufweist.
-
4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Aufbau einer Stromzuführungsvomchtung
zeigt, die einen selbsterregten Gleichspannungswandler beim dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufweist.
-
5 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Aufbau eines selbsterregten Gleichspannungswandlers
nach der herkömmlichen
Technologie zeigt.
-
Die 6(a) bis 6(d) sind
Zeitablaufdiagramme, die Signalformen zur Erläuterung der Funktionsweise
des selbsterregten Gleichspannungswandlers von 5 zeigen.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Das
erste Ausführungsbeispiel
des selbsterregten Gleichspannungswandlers der vorliegenden Erfindung
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2(a) bis 2(c) beschrieben.
Die Signalformen, die die Funktionsweise des selbsterregten Gleichspannungswandlers
bei einem ersten Ausführungsbeispiel
zeigen, sind in den 2(a) bis 2(c) gezeigt.
-
In 1 umfasst
der selbsterregte Gleichspannungswandler 1 eine Reihenschaltung,
die zwischen Eingangsanschlüssen
t1 und t2 angeschlossen und aus einem PNP-Transistor Q1, einer Primärwicklung
L1 und einem Kondensator C2 ausgebildet ist, eine Spannungsabfall-(Abwärtsumsetzter)-Chopperschaltung,
die aus einer Diode D1 gebildet ist, deren Kathode mit dem Anschlusspunkt
des Transistors Q1 und der Primärwicklung
L1 verbunden ist, während
ihre Anode mit dem Anschlusspunkt (Erde) des Kondensators C2 und
dem Eingangsanschluss t2 verbunden ist. Eine Rückkopplungswicklung L2, die magnetisch
mit der Primärwicklung
L1 gekoppelt ist, ist über
eine Basis und einen Emitter des Transistors Q1 über eine Reihenschaltung angeschlossen,
die aus einem Kondensator C1 und einem Widerstand R3 gebildet ist.
-
Die
Basis des Transistors Q1 schließt über einen
Widerstand R4 an die Erde an. Eine Reihenschaltung, die Widerstände R5 und
R6 umfasst, schließt
an beiden Enden des Kondensators C2 an. Die Basis des NPN-Transistors
Q3 schließt
an den Anschlusspunkt der Widerstände R5 und R6 an. Der Emitter
des Transistors Q3 schließt
an die Erde an und der Kollektor des Transistors Q3 schließt über eine
Reihenschaltung, die aus Widerständen
R1 und R2 gebildet wird, an den Emitter des Transistors Q1 an. Die
Basis eines PNP-Transistors Q2, der ein zweiter Transistor ist,
schließt
an den Anschlusspunkt der Widerstände R1 und R2 an. Der Emitter des
Transistors Q2 schließt
an den Emitter des Transistors Q1 an und der Kollektor des Transistors
Q2 schließt
an die Basis des Transistors Q1 an.
-
Die
Funktionsweise des selbsterregten Gleichspannungswandlers 1 wird
im Folgenden erläutert.
Wenn die Gleichstrom-Eingangsspannungsquelle E an die Eingangsanschlüsse t1 und
t2 angelegt wird, fließt
ein Basisstrom durch den Widerstand R4 zum Transistor Q1, wodurch
der Transistor Q1 angeschaltet wird.
-
Sowie
sich der Transistor Q1 anschaltet, fließt der in 2(b) gezeigte
Kollektorstrom I1 aus dem Transistor Q1, der eine Potentialdifferenz über die
Primärwicklung
L1 erzeugt. Eine Potentialdifferenz wird auch über die Rückkopplungswicklung erzeugt,
die magnetisch mit der Primärinduktivität L1 gekoppelt
ist. Da der Transistor Q1 infolge der Potentialdifferenz in der
Rückkopplungswicklung
L2 vorgespannt ist, schaltet sich der Transistor Q1 rasch an. Zu
diesem Zeitpunkt lädt
sich der Kondensator C2 über
den Pfad, der sich von der Eingangsspannungsquelle E dem Transistor
Q1, der Primärwicklung
L1, dem Kondensator C2 und zur Eingangsspannungsquelle E erstreckt,
elektrisch auf. Die Energie wird in den Kondensator C2 und eine
(nicht gezeigte) Lastschaltung geladen, die über die Ausgangsanschlüsse t3 und
t4 angeschlossen ist.
-
Der
Kollektorstrom I1, der durch den Transistor Q1 fließt, nimmt
um den Parameter zu, der durch die Induktivität der Primärwicklung L1 bestimmt wird. Wenn
der Strom I1 größer als
der Basisstrom multipliziert mit der Stromverstärkung hFE des
Transistors Q1 wird, schafft es der Basisstrom nicht, die Sättigung
des Transistors Q1 aufrecht zu halten, und der Transistor Q1 arbeitet
im nicht gesättigten
Bereich. Demgemäß nimmt
die in 2(a) gezeigte Spannung V1 (Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors
Q1) zu. Sowie die Spannung V1 zunimmt, nimmt die Spannung über die
Primärwicklung
L1 ab, was zur Abnahme der Spannung über die Rückkopplungswicklung L2 führt, die
magnetisch mit der Primärwicklung
L1 gekoppelt ist. Demgemäß nimmt
der in 2(c) gezeigte Basisstrom I2
des Transistors Q1 ab, was die Spannung V1 über den Kollektor-Emitter des
Transistors Q1 weiter erhöht
und den Transistor Q1 rasch abschaltet.
-
Wenn
sich der Transistor Q1 abschaltet, überträgt sich die in der Primärwicklung
L1 gespeicherte Energie, wenn sich der Transistor Q1 in angeschalteten
Zustand befindet, über
den Pfad, der sich von der Primärwicklung
L1, dem Kondensator C2, der Diode D1 und zur Primärwicklung
erstreckt, zum Kondensator C2 und zur Lastschaltung. Wenn die in der
Primärwicklung
L1 gespeicherte Energie vollständig
entladen ist, fließt
der Basisstrom zur Basis des Transistors Q1, wodurch der Transistor
Q1 angeschaltet wird. Die Oszillation im Gleichspannungswandler
fährt durch
Wiederholung des oben beschriebenen Prozesses fort.
-
Im
Gleichspannungswandler von 1 steuert
der Schaltkreis, der die Widerstände
R1, R2 und R6 und die Transistoren Q2 und Q3 umfasst, den Basisstrom
des Transistors Q1 auf der Grundlage der Ausgangsspannung. Wenn
beispielsweise die Ausgangsspannung zunimmt (die Periode Tb in 2), infolge der Spannungsschwankungen
der Eingangsspannungsquelle E und/oder der Schwankungen der Last,
nimmt die Spannung am Anschlusspunkt der Widerstände R5 und R6 zu. Demgemäß nimmt
der Basisstrom des Transistors Q3 zu und der Kollektorstrom des
Transistors Q3 nimmt ebenfalls zu.
-
Wegen
der Zunahme des Kollektorstroms nimmt die Potentialdifferenz über den
Widerstand R1 zu und der Basisstrom des Transistors Q2 nimmt ebenfalls
zu. Da ein Teil des Basisstroms des Transistors Q1 über den
Transistor Q2 überbrückt wird, wenn
der Basisstrom des Transistors Q2 zunimmt, nimmt die Überbrückungsmenge
des Basisstroms des Transistors Q1 zu. Demgemäß nimmt der Basisstrom des
Transistors Q1 zu, was den Zeitablauf für den Transistor, sich abzuschalten,
beschleunigt (vorantriebt) und dadurch die Ausgangsspannung erniedrigt.
-
Wenn
andererseits die Ausgangsspannung abnimmt (die Periode Ta in 2), infolge der Spannungsschwankungen
der Eingangsspannungsquelle E und/oder der Schwankungen der Last,
nimmt die Spannung des Anschlusspunktes der Widerstände R5 und
R6 ab. Demgemäß nimmt
der Basisstrom des Transistors Q3 ab und der Kollektorstrom des
Transistors Q3 nimmt demgemäß ab. Wegen
der Abnahme des Kollektorstroms nimmt zu diesem Zeitpunkt die Potentialdifferenz über den
Widerstand R1 ab, wodurch der Basisstrom des Transistors Q2 abnimmt.
Im Ergebnis nimmt die Überbrückungsmenge des
Basisstroms des Transistors Q1 durch den Transistor Q2 ab. Demgemäß nimmt
der Basisstrom des Transistors Q1 zu, was den Zeitablauf für den Transistor
Q1 verzögert,
sich abzuschalten, wodurch die Ausgangsspannung erhöht wird.
-
Wie
es im Vorhergehenden beschrieben wurde, überbrückt der Transistor Q2 im selbsterregten
Gleichspannungswandler 1 bei diesem Ausführungsbeispiel,
der über
die Basis und den Emitter des Transistors Q1 angeschlossen ist,
einen Teil des Basisstroms I2 des Transistors Q1. Durch Veränderung der
Strommenge der Überbrückung des
Basisstroms auf der Grundlage der Ausgangsspannung kann der Transistor
Q1 den Zeitablauf des Transistors Q1 ändern, sich abzuschalten, und
steuert demgemäß die Ausgangsspannung,
so dass sie konstant ist.
-
Bei
dieser Anordnung kann der Widerstandswert des Widerstands R4 klein
sein, weil nur ein kleiner Basisstrom, der benötigt wird, um den Transistor Q1
zu steuern, durch den Widerstand R4 fließen muss. Deshalb ist der Stromverbrauch
beim Widerstand R4 klein. Darüber
hinaus ist der Transistor Q2, der den Basisstrom des Transistors
Q1 steuert, über die
Basis und den Emitter des Transistors Q1 angeschlossen und arbeitet
unter einer relativ kleinen Potentialdifferenz im Vergleich zur
Spannung der Eingangsspannungsquelle E. Daher können der Leistungsverbrauch
und die durch den Transistor Q2 entstehende Wärmeabgabe klein sein. Da ein
Transistor mit niedriger Durchschlagsspannung für den Transistor Q2 verwendet
werden kann und solch ein Transistor klein bemessen ist, kann zusätzlich die
Gesamtgröße des selbsterregten
Gleichspannungswandlers 1 verringert werden.
-
Das
zweite Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt,
das eine Stromzuführungsvorrichtung
ist, die einen selbsterregten Gleichspannungswandler verwendet.
Da der grundlegende Schaltungsaufbau von 3 ähnlich zu
dem des ersten Ausführungsbeispiels
von 1 ist, werden für die entsprechenden Komponenten identische
Bezugszeichen verwendet und deren Beschreibung wird hier weggelassen.
-
Die
Stromzuführungsvorrichtung
bei diesem Ausführungsbeispiel
umfasst einen selbsterregten Gleichspannungswandler, der die Eingangsspannung
heruntersetzt, und eine Schalt-Stromzuführung 3, die die Ausgangsspannung
des selbsterregten Gleichspannungswandlers 1 durch ein
Schaltelement schaltet, um die Ausgangsspannung des Wandlers auf
einen gewünschten
Spannungspegel umzuwandeln.
-
Der
selbsterregte Gleichspannungswandler 1 ist auf fast die
gleiche Art und Weise aufgebaut, wie die in 1 gezeigte
und in Vorhergehenden beschriebene Schaltung. Darin ist eine Zenerdiode
ZD1 vorgesehen, deren Kathode mit dem Anschlusspunkt der Widerstände R5 und
R6 verbunden ist, und deren Anode mit der Basis des Transistors
Q3 verbunden ist.
-
Die
Ausgangsanschlüsse
t3 und t4 des selbsterregten Gleichspannungswandlers 1 sind
mit der Schalt-Stromzuführung 3 verbunden.
Die Schalt-Stromzuführung 3 beinhaltet
eine erste Reihenschaltung, die zwischen den Anschlüssen t3
und t4 vorgesehen ist und die eine Resonanzschaltung, die aus einer
Primärwicklung
L3 eines Transformators T2 und einem Kondensator C4 aufgebaut ist,
einen MOS-Feldeffekttransistor
(im folgenden „MOSFET") Q4, der als ein
Schaltelement fungiert, und einen Widerstand R8 umfasst. Die Schalt-Stromzuführung 3 beinhaltet
darüber
hinaus eine zweite Reihenschaltung, die zwischen den Anschlüssen t3
und t4 vorgesehen ist und die einen NPN-Transistor Q5, dessen Basis
mit der Source des MOSFET Q4 verbunden ist und dessen Kollektor
mit dem Gate des MOSFET Q4 verbunden ist und dessen Emitter mit der
Erde verbunden ist, einen Widerstand R7 und einen Kondensator C3
umfasst.
-
Das
Gate des MOSFET Q4 schließt über eine
Rückkopplungswicklung
L5 des Transformators T2 an den Anschlusspunkt des Widerstands R7
und des Kondensators C3 an. Eine Last 4 ist über eine
Diode D2 an die Sekundärwicklung
L4 des Transformators T2 angeschlossen. Durch den An- und Aus-Betrieb
des MOSFET Q4 wird der Strom, der vom selbsterregten Gleichspannungswandler
in die Primärwicklung
L3 eingeführt
wird, an- und abgeschaltet. Auf diese Weise über die Sekundärwicklung
L4 und die Rückkopplungswicklung
L5 des Transformators T2 Spannungen induziert. Die Schalt-Stromzuführung 3 und
die Last 4 bauen eine Lastschaltung 2 für den selbsterregten
Gleichspannungswandler 1 auf.
-
Die
Funktionsweise der Schalt-Stromzuführung 3 wird im Folgenden
erläutert.
Wenn der Schalt-Stromzuführung 3 die
Ausgangsspannung vom Gleichspannungswandler 1 zugeführt wird,
lädt sich
der Kondensator C3 über
den Widerstand 7 elektrisch auf. Wenn die Spannung über den
Kondensator C3 den Spannungsgrenzwert des MOSFET Q4 erreicht, schaltet
sich der MOSFET Q4 an. Sowie sich der MOSFET Q4 anschaltet, fließt ein elektrischer
Strom über
den MOSFET Q4 durch die Primärwicklung
des Transformators T2 und eine Potentialdifferenz wird von der Primärwicklung
L3 in der Rückkopplungswicklung
L5 induziert. Auf diese Weise erhöht sich der Strom, der durch
den MOSFET Q4 fließt.
-
Solch
ein durch den MOSFET Q4 fließender Strom ändert sich
nahezu linear. Wegen des durch den MOSFET Q4 fließenden Stroms
wird über
den Widerstand R8 eine Potentialdifferenz erzeugt. Wenn diese Potentialdifferenz
den Spannungsgrenzwert des Transistors Q5 überschreitet, schaltet sich
der Transistor Q5 an. Die Gatespannung des MOSFET Q4 wird durch
den Transistor Q5 entladen, wodurch der MOSFET Q4 angeschaltet wird.
Folglich beginnt die Resonanzschaltung, die die Primärwicklung
L3 und den Kondensator C4 umfasst, zu oszillieren. Zum Zeitpunkt,
wenn ein Schwingungszyklus der Resonanzschaltung endet, erreicht
die an der Rückkopplungswicklung
L5 induzierte Spannung einen Spannungspegel, der benötigt wird,
um das Gate des MOSFET Q4 anzuschalten. Daher schaltet sich das MOSFET
Q4 wieder an. Durch Wiederholung der oben beschriebenen Operation
fährt die
Oszillation in der Schalt-Stromzuführung 3 auf eine stabile
Art und Weise fort.
-
Wenn
die Umgebungstemperatur höher wird,
nimmt bei der Schalt-Stromzuführung 3 von 3 die
Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q3 ab, was den Zeitablauf
des MOSFET Q4 beschleunigt (vorantreibt), sich abzuschalten. Demgemäß nimmt
der Strom ab, der im MOSFET Q4 fließt, was den Ausgangsspannungspegel
für die Last 4 vermindern
kann. Um solch eine Temperaturschwankung der Ausgangsspannung auszugleichen,
kann eine Zenerdiode, die eine Temperaturcharakteristik aufweist,
die der des Transistors 5 entgegengesetzt ist, mit der
Basis des Transistors Q5 verbunden sein. Bei solch einer Anordnung
muss jedoch eine Spannung über
den Widerstand R8 erhöht
werden, was einen Widerstand einer höheren Leistung und Durchschlagsspannung
erfordert, der eine größere physikalische
Größe aufweist.
-
Um
den oben beschriebenen Nachteil zu beheben, ist beim Gleichspannungswandler
von 3 eine Zenerdiode ZD1, die eine positive Temperaturcharakteristik
aufweist (im Vergleich zur negativen Temperaturcharakteristik des
Transistors Q5), die als ein Temperaturausgleichsmittel wirkt, mit
dem Anschlusspunkt der Widerstände
R5 und R6 verbunden. Wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, nimmt
die Zenerspannung der Zenerdiode ZD1 zu, was wiederum die Basisspannung
des Transistors Q3 erniedrigt. Weil der Kollektorstrom des Transistors
Q3 abnimmt, nimmt die Spannung über
den Widerstand R1 ab.
-
Deshalb
nimmt der durch den Transistor Q2 fließende Überbrückungsstrom ab, was zu einer
Zunahme des Basisstroms des Transistors Q1 führt. Demgemäß wird der Zeitablauf für den Transistor
Q1, sich abzuschalten, verzögert,
wodurch die Ausgangsspannung des selbsterregten Gleichspannungswandlers 1 erhöht wird.
Daher kann die Abnahme der Ausgangsspannung der Schalt-Stromzuführung 3 infolge
des Temperaturanstiegs durch Erhöhung
der Ausgabe des selbsterregten Gleichspannungswandlers 1 kompensiert
werden. Auf diese Weise wird die Temperaturcharakteristik der Lastschaltung 2 (Schalt-Stromzuführung 3 und
Last 4) ausgeglichen und es wird eine konstante Spannung an
die Last 4 angelegt.
-
Das
dritte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt,
welches eine Stromzuführungsvorrichtung
ist, die einen selbsterregten Gleichspannungswandler verwendet.
Da der grundlegende Schaltungsaufbau von 3 mit dem des
ersten Ausführungsbeispiels
von 1 und des dritten Ausführungsbeispiels von 3 vergleichbar ist,
werden für
die entsprechenden Komponenten identische Bezugszeichen verwendet
und deren Beschreibung wird weggelassen.
-
Beim
zweiten Ausführungsbeispiel
im Vorhergehenden kann mit der Stromzuführungsvorrichtung, die in 3 gezeigt
wird, das folgende Problem einhergehen. Wenn die Eingangsspannungsquelle
E an den selbsterregten Gleichspannungswandler 1 angelegt
wird, wird der Kondensator C2 auf die im Vorhergehenden beschriebene
An und Weise aufgeladen und die Spannung über den Kondensator C2 nimmt
zu. Andererseits lädt
der Strom von der Eingangsspannungsquelle E a der Schalt-Stromzuführung 3 den
Kondensator C3 durch den Widerstand R7 auf. Wenn die Spannung über den
Kondensator C3 den Spannungsgrenzwert des Gate überschreitet, schaltet sich
der MOSFET Q4 an, und wenn die Potentialdifferenz über den
Widerstand R8 den Spannungsgrenzwert des Transistors Q5 überschreitet,
schaltet sich der Transistor Q5 an. Die Gate-Spannung des MOSFET
Q4 wird über
den Transistor Q5 entladen, wodurch der MOSFET Q4 abgeschaltet wird,
und die Resonanzschaltung, die die Primärwicklung L3 und den Kondensator
C4 umfasst, beginnt zu oszillieren.
-
Da
der Laststrom rasch zunimmt, wird in diesem Fall die elektrische
Ladung im Kondensator C2 der Schalt-Stromzuführung 3 zugeführt, was
die Spannung über
den Kondensator C2 verringern kann. Wenn der elektrische Strom,
der im Kondensator C2 geladen ist, und der elektrische Strom, der vom
Kondensator C2 der Schalt-Stromzuführung 3 zugeführt wird,
miteinander ausgeglichen sind, wird die Spannung über den
Kondensator C2 nicht länger zunehmen.
Folglich kann die Spannung über
den Kondensator C2, d. h. die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 1 kleiner
werden als beabsichtigt ist.
-
Um
diesen Nachteil zu beheben, ist beim in 4 gezeigten
dritten Ausführungsbeispiel
ein Widerstand R11 parallel zum Kondensator C3 angeschlossen. Der
Widerstand R7 und R11 und der Kondensator C3 bilden ein Aufhebungsmittel,
das vorübergehend
die Schaltoperation des MOSFET Q4 außer Kraft setzt. Am Beginn
der Operation, bis die Spannung über
den Kondensator C2 die festgelegte Spannung überschreitet, die durch den
Spannungsteiler, der aus den Widerständen R7 und R11 gebildet wird,
und den Spannungsgrenzwert des MOSFET Q4 definiert wird, wird die
Spannung über
den Kondensator C3 nicht den Spannungsgrenzwert des MOSFET Q4 erreichen.
-
Daher
kann die Oszillation der Schalt-Stromzuführung 3 aufgehoben
und die Spannung über
den Kondensator C2, d. h. die Ausgangsspannung des selbsterregten
Gleichspannungswandlers 1 kann die festgelegte Spannung überschreiten.
Auf diese Wiese kann die vorliegende Erfindung die Abnahme der Ausgangsspannung
der Schalt-Stromzuführung 3 verhindern,
die durch die Abnahme der Ausgangsspannung des selbsterregten Gleichspannungswandlers 1 verursacht
wird.
-
Wie
beim Vorhergehenden, beim ersten Ausführungsbeispiel, ist der Transistor
Q2, der den Basisstrom des Transistors Q1 steuert, über die
Basis und den Emitter des Transistors Q1 angeschlossen und arbeitet
unter einer relativ kleinen Potentialdifferenz im Vergleich zur
Spannung der Eingangsspannungsquelle E. Demgemäß kann die durch den Transistor
Q2 anfallende Leistungsaufnahme und Wärmeabgabe klein sein. Da ein
Transistor mit kleiner Durchschlagspannung für den Transistor Q2 verwendet
werden kann und solch ein Transistor eine kleine Größe besitzt,
kann darüber
hinaus die Gesamtgröße des selbsterregten
Gleichspannungswandlers 1 verringert werden. Da der Transistor
Q2 den Basisstrom des Transistors Q1 durch Regulieren des Überbrückungsstroms
steuert, wird darüber
hinaus die Steuerung des Basisstroms, um die gewünschte Ausgangsspannung zu
erzeugen, sogar erreicht, wenn sich die Eingangsspannung in einem
großen Bereich
verändert.
-
Beim
zweiten Ausführungsbeispiel
ist das Temperaturausgleichmittel, wie etwa die Zenerdiode, in der
Stromzuführungsschaltung
vorgesehen. Die Temperaturausgleichsschaltung weist eine Temperaturcharakteristik
auf, die entgegengesetzt zu der der Last des Gleichspannungswandlers
ist. Auf diese Weise wird die Temperaturcharakteristik der Last kompensiert
und am Ausgang der Stromzuführungsvorrichtung
wird eine konstante Spannung erzeugt.
-
Beim
dritten Ausführungsbeispiel
beinhaltet die Schalt-Stromzuführung
das Aufhebungsmittel, das vorübergehend
die Schaltoperation des Schaltelements aufhebt. Am Begin der Operation,
bis die Spannung über
den Kondensator C2 die festgelegte Spannung überschreitet, wird die Schaltoperation
in der Stromzuführung
aufgehoben. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung des selbsterregten Gleichspannungswandlers
die festgelegte Spannung erreichen, wodurch die Abnahme der Ausgangsspannung
der Schalt-Stromzuführung
verhindert wird, die durch die Abnahme der Ausgangsspannung des
selbsterregten Gleichspannungswandlers verursacht wird.
-
Obwohl
hierin nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
speziell dargestellt und beschrieben wurde, wird man einsehen, dass
viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung
im Licht der obigen Lehren und innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche möglich sind,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.