DE3335153C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Ein derartiger Schaltkreis ist bekannt aus dem japanischen Patent Abstract 57-83 162. Bei diesem bekannten Schaltkreis wird der Basisstrom für den Oszillatortransistor gesteuert durch eine Spannung, die in einer Sekundärwicklung erzeugt wird, die von einer Rückkopplungswicklung abgezweigt wird.

Zur Verbesserung der Konstanz der Ausgangsspannung dieser bekannten Schaltung im Leerlaufzustand ist es bei der bekannten Schaltung nötig, den Startwiderstand groß zu machen. Wenn aber der Startwiderstand einen hohen Wert hat, werden die Starteigenschaften der Schaltung schlechter. Andererseits, wenn der Startwiderstand einen geringen Wert hat, um bessere Starteigenschaften zu haben, ist es schwierig, den Ausgangswert der Ausgangsschaltung im Leerlaufzustand auf einen Wert zu stabilisieren, der geringer ist als ein vorbestimmter konstanter Wert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den bekannten Gleichspannungswandler dahingehend zu verbessern, daß er im Leerlaufzustand nur eine begrenzte Ausgangsspannung liefert, ohne daß durch die Schaltung zur Begrenzung der Ausgangsspannung die Starteigenschaften des Gleichspannungswandlers verschlechtert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches gelöst.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird das Ausgangssignal des Vergleichers beim Start maximal, um hervorragende Starteigenschaften zu erzielen, und wird im Leerlaufzustand durch Kontrollieren der Schwingung mit Hilfe der Zenerdiode stabilisiert.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockbild des herkömmlichen oben erwähnten selbstschwingenden Gleichspannungswandlers;

Fig. 2 ein Schaltkreisdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des selbstschwingenden Gleichspannungswandlers;

Fig. 3 die Spannungsstromcharakteristik einer Zenerdiode, die im Schaltkreis von Fig. 2 verwendet wird; und

Fig. 4 bis 5 Schaltkreisdiagramme weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsformen selbstschwingender Gleichspannungswandler.

Fig. 2 zeigt einen selbstschwingenden Gleichspannungswandler der ein Konstantspannungsnetzgerät bildet mit einem Oszillatorschaltkreis 11 vom Kollektor-Resonanz-Typ, wobei ein Primärschaltkreis vorgesehen ist mit einer Primärwicklung 13, die parallel geschaltet ist zu einem Kondensator 14, und mit dem Kollektor eines Transistors 12 in Reihe verbunden ist, wobei eine Eingangsspannung +B an die Wicklung 13 des Oszillatorschaltkreises 11 angelegt wird. Im Oszillatorschaltkreis 11 sind ein Basiswiderstand 15, eine Zenerdiode 16, ein Schwingungsstabilisierwiderstand 17 und eine positive Rückkopplungsspule 18 in Reihe mit der Basis des Transistors 12 verbunden, während ein Rückkopplungskondensator 19 zwischen Masse und dem Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 16 und dem Stabilisierungswiderstand 17 verbunden ist. Es soll festgestellt werden, daß die Zenerdiode 16 an ihrer Anodenseite mit der Basis des Transistors 12 über den Widerstand 17 und die Spule 18 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 12 ist mit Massepotential verbunden. Es ist auch ein Ausgangsschaltkreis 20 vorgesehen, mit einer Sekundärwicklung 21, deren Windungsanzahl einer vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht, und ein Schaltkreis, der aus dem Gleichrichter 22 dessen Anode mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 21 verbunden ist, und einem Filterkondensator 23 besteht, der zwischen der Kathode des Gleichrichters 22 und dem anderen Ende der Sekundärwicklung 21 verbunden ist, welche mit Masse verbunden sind. Eine Last 25 ist mit dem Gleichrichter 22 über einen Widerstand 24 verbunden, der für den Ausgangsschaltkreis einen Funkenentladungsschutz liefert. Eine Detektorschaltung 26 ist zwischen der Ausgangsseite des Ausgangsschaltkreises 20 und dem Massepotential vorgesehen und besteht aus den Detektorwiderständen 27, 28 zum Feststellen von Änderungen in der Ausgangsspannung des Ausgangsschaltkreises 20. Ein Vergleicher 29 ist an seiner Ausgangsseite mit dem Widerstand 15 verbunden, mit seinem invertierenden Eingang mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 27, 28 und mit seinem nicht-invertierenden Eingang mit dem bezugsspannungserzeugenden Schaltkreis 30. Der Vergleicher 29 ist vorgesehen für den Vergleich des Signals von der Detektorschaltung 26 mit der Bezugsspannung, die durch den Bezugsspannungsschaltkreis 30 erzeugt wird, und gleichzeitig zum Verstärken von deren Differenz. Der Vergleichsverstärker 29 ist ein unsymmetrischer Verstärker, so daß ein versorgungsempfangender Eingang mit einer Spannungsquelle und die andere spannungsempfangende Klemme mit Masse verbunden ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 29 wird an den Basiswiderstand 15 geliefert.

Der Gleichspannungswandler, der wie oben beschrieben konstruiert ist, arbeitet wie folgt:

In der Eingangsstufe wird, damit die Schwingung des Oszillatorschaltkreises 11 beginnt, ein Signal vom Vergleicher 29 an die Basis des Transistors 12 über den Basiswiderstand 15 usw. angelegt, um den Transistor 12 leitfähig zu machen, so daß ein Strom durch die Primärwicklung 13 fließt. Dadurch wird eine Induktionsspannung in der Rückkopplungswicklung 18 erzeugt, die magnetisch mit der Primärwicklung 13 gekoppelt ist, so daß sie auf der Basisseite des Transistors 12 positiv wird, und auf der Seite des Kondensators 19 negativ. Die Schwingung erhöht sich durch den wiederholten Ladungs- und Entladungsbetrieb des Rückkopplungskondensators 19, und der Oszillatorschaltkreis 11 wird stationär. So wird eine stabile Spannung am Ausgangsschaltkreis 20 erhalten. Wenn die Ausgangsspannung aufgrund von Variationen in der Eingangsspannung oder der Last schwankt, wird der Schwankungsanteil durch den Detektorschaltkreis 26 festgestellt. Der Basisstrom des Transistors 12 wird gesteuert durch das Ausgangssignal des Vergleichers 29, um die Ausgangsspannung des Ausgangsschaltkreises zu stabilisieren. Im Leerlaufzustand steigt die Ausgangsspannung des Ausgangsschaltkreises 20. Die Änderung der Ausgangsspannung wird durch den Detektorschaltkreis 26 festgestellt. Der Vergleicher 29 arbeitet in die Richtung der Stabilisierung der Schwingung. Die Ausgangsspannung des Vergleichers 29 wird zu diesem Zeitpunkt kleiner gesetzt als die Zenerspannung der Zenerdiode 16, so daß der Basisstrom des Transistors 12 einen sehr kleinen Wert annimmt, der nahe an der Durchbruchsspannung liegt, um die Schwingung zu dämpfen, und eine vorgegebene Ausgangsspannung kann geschaffen werden. Im Leerlauf-Zustand wird die Schwingung gesteuert durch die Benutzung der Zenerkurve der Zenerdiode 16. Deshalb ist es vorzuziehen, daß die Zenerdiode 16 eine sanfte Zenerkurve aufweist, wie sie in Fig. 3 durch die Bezeichnung B gezeigt ist, anstatt einer scharfen Zenerkurve, wie A zeigt. Dies ist der Grund, warum keine intermittierende Schwingung mehr erzeugt wird, aufgrund der sanften Steuerung des Basisstroms des Transistors 12 bei solcher Charakteristik, wie Bezugszeichen B zeigt, obwohl eine intermittierende Schwingung bei einer Charakteristik nach Bezugszeichen A erzeugt wird. Um solch eine sanfte Zenerkurve gemäß Bezugszeichen B zu erreichen, kann die Anordnung eines hohen Widerstands parallel zur Zenerdiode mit scharfer Charakteristik gemäß Bezugszeichen A verwendet werden, oder die Anordnung einer Diode in Reihe mit der Zenerdiode, wobei die Polarität der Diode umgekehrt zu der der Zenerdiode ist. Angenommen, daß die Zenerdiode 16 nicht existiert, und wenn keine Last anliegt, wird der Ausgangswert des Vergleichers 29, der an den Basisschaltkreis des Transistors 12 eingegeben werden soll, einen etwas höheren Wert als die Spannung der Bezugsspannung vom Schaltkreis 30 annehmen, da der Vergleichsverstärker 29 ein asymetrischer Verstärker ist, wodurch mehr Basisstrom als notwendig fließt. So wird eine hohe Leerlauf-Ausgangsspannung im Ausgangsschaltkreis 20 erzeugt durch die Ladung und Entladung des Rückkopplungskondensators 19, was in möglichen Zerstörungen der Geräte resultiert, die das Netzgerät verwenden. Wenn die negative Spannung an den Basisschaltkreis des Transistors 12 während der Nichtbelastungszeit angelegt wird, kann der Basisstrom des Transistors auf einem sehr kleinen Wert gehalten werden, der nahe der Durchbruchsspannung liegt, und die Schwingung wird gedämpft, um eine vorgegebene Ausgangsspannung zu erhalten. Der Schaltkreis wird aber kompliziert, was die Kosten in die Höhe treibt.

In dem selbstschwingenden Gleichspannungswandler der oben beschriebenen Ausführungsform setzt sich das Konstantspannungsnetzgerät zusammen aus einer Konstantspannungssteuerung, deren Ausgang immer positiv ist. Der Gleichspannungswandler ist in der Konstruktion des Konstantspannungsnetzgerätes nicht notwendigerweise auf die oben beschriebene Schaltkreiskonstruktion beschränkt, sondern kann variabel modifiziert werden. Z. B. kann der Stabilisierungswiderstand 17 im Oszillatorschaltkreis 11, wenn notwendig, entfernt werden. Auch die Stellung der Zenerdiode 16 kann so geändert werden, daß sie auf der Seite des Vergleichers vor dem Widerstand 15 anstatt auf der Seite des Rückkopplungskondensators 19 angeordnet ist, so daß die Stellung der Zenerdiode nicht beschränkt ist auf die Stellung von Fig. 2. Auch der Widerstand 24 für die Funkenentladungsvermeidung im Ausgangsschaltkreis 20 ist entbehrlich. Ferner, um den alternierenden Strom im Ausgangsschaltkreis 20 zu erreichen, sind der Gleichrichter 22 und der Kondensator 23 nicht erforderlich. Um einen alternierenden Strom zum Ausgangsschaltkreis 20 zu ziehen, muß das Ausgangssignal der Detektorschaltung 26 über einen Gleichrichterschaltkreis an den Vergleicher 29 eingegeben werden. Zusätzlich kann die Detektorschaltung 26 an Stelle der mit dem Ausgangsschaltkreis verbundenen Widerstände 27, 28 bestehen aus einer Detektorspule 31, die magnetisch gekoppelt ist an die Sekundärwicklung 21, einem Gleichrichterschaltkreis 34, der eine Diode 32 und einen Glättkondensator 33 zum Gleichrichten der Detektorspannung aufweist, die in der Detektorspule 31 erzeugt wird, und einem Spannungsteilerschaltkreis 37, der ein Paar von Spannungsteilerwiderständen 35, 36 aufweist, zum Teilen der Spannung vom Gleichrichterschaltkreis 34, wie in Fig. 4 gezeigt. In diesem Fall ist ein Widerstand 38 für die Entladung an Stelle der Detektorschaltung 26 von Fig. 2 vorgesehen. Es soll festgestellt werden, daß der Betrieb in diesem Fall fast identisch zu der Detektorschaltung 26 von Fig. 2 ist.

Wenn auch die Anordnung von Fig. 2 eine Konstantspannungsquelle ist, um eine positive Ausgangsspannung zu erhalten, kann auch eine negative Ausgangsspannung durch eine Konstantspannungsquelle erhalten werden. Die Schaltung kann dadurch realisiert werden, daß die Diode in einer Polaritätsrichtung entgegengesetzt zu der der Diode 22, die mit dem Ausgangsschaltkreis 20 von Fig. 2 verbunden ist, angeordnet ist. Die Ausgangsklemme der Detektorschaltung 26 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 29 verbunden und der bezugsspannungsproduzierende Schaltkreis 30 ist mit dem nicht invertierten Eingang des Vergleichers über einen Spannungsteiler verbunden. In diesem Falle ist die Anordnung der anderen Elemente völlig gleich zu der von Fig. 2 und der Betrieb ist nahezu identisch zu dem von Fig. 2. Während die Konstantspannungsquelle, die eine Detektorschaltung unter Verwendung der Detektorspule 31 von Fig. 4 verwendet, vorgesehen ist, um eine positive Ausgangsspannung zu erhalten, kann, wenn es gewünscht ist, eine negative Ausgangsspannung bei der Verwendung der Detektorspule 31 zu erhalten, dies einfach erreicht werden durch Umkehrung der Polaritätsrichtung der Diode 22 in der Detektorschaltung 20. In dieser Anordnung ist es kein Problem, die Verbindung der Detektorschaltung 26 beizubehalten, um die Verbindung der Detektorspule 31 in der entgegengesetzten Richtung zu ändern, oder nicht. Ferner ist der Gleichspannungswandler der Erfindung nicht beschränkt auf eine Konstantspannungsquelle. Er kann auch als eine konstante Stromquelle konstruiert werden, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist. Fig. 5 zeigt eine Konstantstromquelle zum Erzielen eines negativen Ausgangsstroms, wobei ein Anschluß der Ausgangsspule 21, deren anderer Anschluß mit der Diode 22 verbunden ist, direkt mit dem invertierenden Eingang des Vergleichers 29 verbunden ist. Der Bezugsspannungsschaltkreis 30 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 29 verbunden. In diesem Falle ist ein Widerstand 46 über einen Widerstand 24 zur Funkenentladungsunterdrückung parallel mit dem Filterkondensator 23 verbunden und die Anordnung der anderen Bauelemente ist völlig gleich zu der von Fig. 2. Beim Gleichspannungswandler der vorliegenden Erfindung kann das negative Feedbacksignal direkt an den Basisschaltkreis des Transistors 12 über die Zenerdiode angelegt werden. Deshalb wird der herkömmliche Steuerschaltkreis mit einem Treibertransistor unnötig, so daß das Netzgerät kleiner und geringer in den Kosten wird. Die vorliegende Erfindung hat den großen Vorteil, daß die Schwingung während des Leerlaufs auf eine vorgegebene Ausgangsspannung reduziert wird, um das Netzgerät zu schützen.

Claims (7)

1. Selbstschwingender Gleichspannungswandler mit geregelter Ausgangsgröße mit einem Transformator mit Primär- (13), Sekundär- (21) und Rückkopplungswicklung (18),

• - wobei zur Primärwicklung ein mit deren Induktivität in Resonanz befindlicher Kondensator (14) parallel und ein Transistor (12) mit seinem Kollektor in Reihe liegen und die Rückkopplungswicklung in dessen Basis-Emitterkreis geschaltet ist,
• - mit einem Gleichrichter (22) und einem Filterkondensator (23) an der Sekundärwicklung (21) und einer Detektorschaltung (26) für den Istwert der Ausgangsgröße,
• - wobei dieser Istwert einem Vergleicher (29) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal den Basisstrom des Transistors (12) im Sinne einer Regelung der Ausgangsgröße beeinflußt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Rückkopplungswicklung (18) einerseits direkt an der Basis des Transistors (12) liegt und andererseits über einen Widerstand (17) und einen Rückkopplungskondensator (19) mit dessen Emitter verbunden ist,
• - wobei am Verbindungspunkt von Widerstand (17) und Kondensator (19) die Anode einer Zenerdiode (16) liegt, deren Kathode über einen Widerstand (15) an den Ausgang des als Operationsverstärker mit unsymmetrischer Versorgungsspannung ausgebildeten Vergleichers (29) angeschlossen ist.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26) aus einem Spannungsteiler (27, 28) besteht.

3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26′) eine Detektorwicklung (31) aufweist, die Bestandteil des Tarnsformators ist.

4. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (16) als Kennlinie eine sanft ansteigende Kurve des Stroms im Verhältnis zur Spannung aufweist.

5. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26) die Ausgangsspannung als Ist-Wert erfaßt, so daß der Gleichspannungswandler als Konstantspannungsnetzgerät arbeitet.

6. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (47) den Ausgangsstrom als Ist-Wert erfaßt, so daß der Gleichspannungswandler als Konstantstromnetzgerät arbeitet.