HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil zum Zuführen einer
stabilisierten Gleichspannung zu elektronischen Geräten für Industrie oder
Haushaltsanwendungen.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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In den vergangenen Jahren wurde mit der Entwicklung von billigen, verkleinerten,
leistungsstarken und energiesparenden elektronischen Geräten ein Schaltnetzteil
erforderlich, welches von geringer Größe, hoher Ausgangsstabilität und hoher Effizienz
sein sollte. Schaltnetzteile des Standes der Technik werden nachfolgend erläutert.
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Üblicherweise wurde für ein derartiges Schaltnetzteil ein selbsterregendes
Schaltnetzteil vom Rücksprungtyp (flyback-type) allgemein weit verbreitet verwendet,
welches eine geringere Anzahl von Bauteilen besitzt und billig hergestellt werden kann.
Jedoch besitzt, wie hinreichend bekannt, dieser Typ von Vorrichtung das Problem, daß
die Schaltfrequenz durch den Ausgangsstrom stark verändert wird, so daß eine Störung
für elektronische Geräte erzeugt wird und eine umfangreiche Gleichricht- und
Glättungsschaltung benötigt wird.
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Um das obige Problem des Standes der Technik zu lösen, wurde ein Schaltnetzteil
vom regenerativ geregelten Typ, wie gezeigt in Fig. 9, und wie offenbart in EP-A-0 404
191 entwickelt. In Fig. 9 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Eingangs-Gleichstromquelle,
welche durch Gleichrichten und Glätten einer Wechselspannung erhalten werden kann,
oder durch eine Batterie aufgebaut sein kann. Die Gleichstromquelle 1 liefert eine
Eingangsspannung zwischen den Eingangsanschlüssen 2 und 2', so daß eine positive
Spannung mit dem Eingangsanschluß 2 verbunden ist, hlngegen eine negative Spannung
mit dem Eingangsanschluß 2' verbunden ist. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen
Transformator, dessen Primärwicklung 3a mit einem Ende mit dem Eingangsanschluß 2
und mit dem anderen Ende über ein Schaltelement 4 mit dem Eingangsanschluß 2'
verbunden ist, dessen Sekundärwicklung 3c mit einem Ende mit einem
Ausgangsanschluß 10' und mit dem anderen Ende über eine Diode 7 mit einem
Ausgangsanschluß 10 verbunden ist, und dessen Vorlastwicklung (bias winding) 3b mit
einem Ende mit dem Eingangsanschluß 2' und mit dem anderen Ende mit einer
Synchnronisieroszillatorschaltung 6 verbunden ist.
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Bezugszeichen 4 bezeichnet das Schaltelement, welches durch das seinem
Steueranschluß von der Synchronisieroszillatorschaltung 6 zugeführte An/Aus-Signal
anoder ausgeschaltet wird, um die Eingangsspannung an die Primärwicklung 3a anzulegen
oder abzuschalten.
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Der Synchronisieroszillator 6 bewirkt, daß das Schaltelement 4 eine AN-Operation
während seiner vorbestimmten AN-Periode durchfiihrt, und bewirkt, daß das Element
eine AUS-Operation so durchfiihrt, daß seine AUS-Zeitdauer fortdauert, bis die Polarität
der in der Vorlastwicklung 3b indnzierten Spannung umgekehrt wird, und setzt die
Oszillation durch Wiederholung der AN/AUS-Operation fort. Bezugszeichen 18
bezeichnet ein sekundäres Schaltelement Die Energie, welche im Transformator 3
während der AN-Zeitdauer des Schaltelements 4 gespeichert ist, wird während der
AUS-Zeitdauer des Schaltelements 4 über die Sekundärwicklung 3c von einer
Gleichrichterdiode 7 oder dem sekundären Schaltelement 18 in einen
Glättungskondensator 8 entladen. Danach wird im Gegenzug bewirkt, daß ein
Sekundärstrom vom Glättungskondensator 8 zur Sekundärwindung 3c durch das
sekundäre Schaltelement 18 zurückfließt. Mit Hilfe einer Steuerschaltung 19 dient das
sekundäre Schaltelement 18 dazu, die Rückflußzeitdauer zu regeln, während der
Sekundärstrom fließt. Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Gleichrichterdiode, deren
Anodenseite mit einem Ende der Sekundärwicklung 3c und deren Kathodenseite mit
einem Ausgangsanschluß 10 verbunden ist. Bezugszeichen 8 bezeichnet einen
Glättungskondensator, welcher zwischen die Ausgangsanschlüsse 10 und 10' geschaltet
ist. Die Gleichrichterdiode richtet die in der Sekundärwicklung 3c induzierte Spannung,
und der Glättungskondensator 8 glättet die gerichtete Spannung um eine
Ausgangsspannung zu liefern. Die Steuerschaltung 19 erfaßt die Ausgangsspannung
zwischen den Ausgangsanschlüssen 10 und 10' und vergleicht sie mit einer internen
Referenzspannung, um die Rückflußzeitdauer zu ändern, während bewirkt wird, daß der
Sekundärstrom durch das sekundäre Schaltelement 18 hindurchfließt.
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Nun wird gleichermaßen auf Fig. 10 Bezug genommen und eine detaillierte
Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung von Fig. 9 wird gegeben. In Fig. 10
zeigt (a) die Spannungswellenform VDS über das Schaltelement 4; (b) zeigt die
Wellenform des Primärstromes, welcher durch die Primärwicklung 3a fließt; (c) zeigt die
Wellenform des Treiberimpulses VG1 in der Synchronisieroszillatorschaltung 6; (d) zeigt
die Wellenform des Sekundärstromes 1 welcher durch die Sekundärwicklung 3c fließt;
(e) zeigt die Wellenform des Treiberimpulses VG2 für das sekundäre Schaltelement 13,
bei welcher der schraffierte Zeitdauerbereich während der AUS-Zeitdauer die
Rückflußzeitdauer darstellt, während der bewirkt wird, daß der Sekundärstrom in
Richtung der Sekundärwicklung 3c fließt.
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Der Primärstrom, welcher während der AN-Zeitdauer des Schaltelements 4,
welches während der durch die Synchronisieroszillatorschaltung 6 bestimmten
AN-Zeitdauer arbeitet, durch die Primärwicklung 3a fließt, erzeugt einen magnetischen
Fluß im Transformator 3, um in diesem Energie zu speichern. Dann wird eine induzierte
Spannung in der Sekundärwicklung 3c des Transformators 3 erzeugt. Die induzierte
Spannung ist so angepaßt, daß sie die Gleichrichterdiode 7 mit einer Sperr-Vorspannung
versieht und das sekundäre Schaltelement 13 in einen "AUS"-Zustand versetzt.
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Wenn das AUS-Signal von der Synchronisieroszillatorschaltung 6 das
Schaltelement 4 ausschaltet, wird eine Rücksprung-Spannung in der Primärwicklung 3a,
und ebenso in der Sekundärwicklung 3c erzeugt. Als Ergebnis davon liegt die Spannung
an der Gleichrichterdiode 7 in ihrer Durchlaß(forward biasing)-Richtung an, so daß die
im Transformator 3 gespeicherte Energie als Sekundärstrom über die Sekundärwicklung
3c entladen und durch den Glättungskondensator 8 geglättet wird, so daß die sich
ergebende Spannung als Ausgangsspannung zwischen den Ausgangsanschlüsse 10 und
10' auliegt. Dann schaltet die Steuerschaltung 19 das zweite Schaltelement 13 an, aber
gemäß dem Weg, über den der Sekundärstrom fließt, tritt keine besondere Änderung der
Betriebsweise auf.
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Wenn die im Transformator gespeicherte Energie vollständig entladen ist, so daß
der Sekundärstrom null wird, liegt die Spannung über den Glättungskondensator 8, d.h.
die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 3c über das bereits angeschaltete
sekundäre Schaltelement 18 an. Somit fließt der Sekundärstrom in einer
Rückwärts-Richtung vom Glättungskondensator 8, so daß der magnetische Fluß in einer
zum vorhergehenden Fall umgekehrten Richtung im Transformator 3 erzeugt wird, um
so Energie in diesem zu speichern.
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In diesem Zustand ändert sich die Polarität der in jeder der Wicklungen des
Transformators 3 induzierten Spannung nicht, so daß sich die Rücksprung- Spannung in
der Vorlastwicklung 3b ebenfalls nicht ändert. Die Synchronisieroszillatorschaltung 6
hält die AUS-Zeitdauer des Schaltelements 4 aufrecht. Wenn das sekundäre
Schaltelement 18, dessen AN-Zeitdauer durch die Steuerschaltung 19 geregelt wird,
abschaltet, wird die Polarität der in jeder der Wicklungen erzeugten induzierten
Spannung umgekehrt. Somit belastet die in der Sekundärwicklung 3c erzeugte
Induktionsspannung die Gleichrichterdiode 7 in Sperrichtung. Dann ist das sekundäre
Schaltelement 18 ebenfalls "AUS". Die in der Primärwicklung 3a induzierte Spannung
wird in einer derartigen Richtung erzeugt, daß das Verbindungsende des Schaltelements
4 auf einer negativen Spannung liegt, und dasjenige des Eingangsanschlusses 2 auf einer
positiven Spannung. Somit fließt der Primärstrom in einer derartigen Richtung, daß die
Eingangs-Gleichstromquelle 1 über die Diode 5 geladen wird, so daß die während der
AUS-Zeitdauer im Transformator 3 gespeicherte Energie wieder als elektrische Energie
in die Eingangs-Gleichstromquelle 1 zurickgeleitet wird.
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Dann schaltet, da die Polarität der in der Vorlastwicklung 3b erzeugten
Induktionsspannung sich ändert, die Synchronisieroszillatorschaltung 6 das
Schaltelement 4 an, aber gemäß dem Weg, über welchen der Primärstrom fließt, tritt
keine besondere Änderung der Betriebsweise auf Wenn die während der AUS-Zeitdauer
im Transformator 3 gespeicherte Energie vollständig entladen ist, so daß der
Primärstrom zu null wird, fließt der Primärstrom entgegengesetzt zur Laderichtung in
obigem Fall von der Eingangs-Gleichstromquelle 1 durch das bereits angeschaltete
Schaltelement 4. Auf diese Weise wird im Transformator 3 ein magnetischer Fluß
erzeugt, um so Energie in diesem zu speichern. In diesem Zustand wird die Polarität der
in jeder der Wicklungen des Transformators 3 erzeugten mduzierten Spannung nicht
geändert, so daß die Synchronisieroszillatorschaltung 6 dem AN-Zustand des
Schaltelements 4 aufrechterhält Wenn das Schaltelement 4, welches während der durch
den Synchronisieroszillator 6 festgelegten Zeitdauer in Betrieb ist, abschaltet, wird die im
Transformator 3 gespeicherte Energie als Sekundärstrom über die Sekundärwicklung 3c
entladen. Wenn die obigen Operationen wiederholt werden, wird die Ausgangsspannung
kontinuierlich von den Ausgangsanschlüssen 10 und 10' geliefert.
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Eine detaillierte Erläuterung der Funktionsweise des Regelns der
Ausgangsspannung, so daß diese stabil ist, wird nachfolgend gegeben. Fig. 10 zeigt
jeweils Betriebswellenformen der angegebenen Spannungen und Ströme. Nun wird
angenommen, daß die AUS-Zeitdauer (t1-t3) der Treiber-Impulswellenform VG1 in der
Synchronisieroszillatorschaltung 6 TOFF ist, und die Rückflußzeitdauer des
Sekundärstroms 10 innerhalb von diesem T'OFF ist, während die AN-Zeidauer von dieser
(t3-t5) TON ist, und die Rückkehrzeitdauer (t3-t4) des Primärstroms ID innerhalb dieser
T'ON ist. Der von den Ausgangsanschlüssen 10-10' zugeführte Ausgangsstrom IOUT kann
beschrieben werden durch
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Die Ausgangsspannung VOUT läßt sich darstellen durch
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Die Oszillationsfrequenz fläßt sich darstellen durch
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In diesen Gleichungen bezeichnet NS die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung
3c, NP bezeichnet die Anzahl der Windungen der Primärwicklung 3a,LS bezeichnet den
Induktivitätswert der Sekundärwicklung 3c, VIN bezeichnet die von der
Gleichstromquelle 1 zugeführte Eingangsspannung, TON bezeichnet die AN-Zeitdauer
des Schaltelements 4, TOFF bezeichnet die AUS-Zeitdauer des Schaltelements 4 und T
bezeichnet eine Schwingungszeitdauer.
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Da die AN-Zeitdauer TON während des durch die Synchronisieroszillatorschaltung
6 festgelegten, konstanten Wertes festliegt, ist, wenn die Ausgangsspannung VOUT
konstant ist, die AUS-Zeitdauer konstant, und die Oszillationsfrequenz ebenfalls
konstant. Jedoch kann, da die Rückflußzeitdauer T'OFF durch das durch die
Steuerschaltung 19 gesteuerte Schaltelement 18 verändert werden kann, wenn der
Ausgangsstrom IOUT sich ändert, die Ausgangsspannung VOUT durch Verändern der
Rückflußzeitdauer T'OFF, wie Gleichung (1) zu entnehmen, geregelt werden. Die
Ausgangsspannung VOUT kann auch bei einem Schwanken der Eingangsspannung
geregelt werden, indem die Rückflußzeitdauer T'OFF, wie Gleichung (2) zu entnehmen,
verändert wird. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung VOUT so geregelt werden,
daß sie iminer konstant ist, indem die Rückflußzeitdauer T'OFF derart geregelt wird, daß
die AN-Zeitdauer des sekundären Schaltelements 18 durch die Steuerschaltung 19
geregelt wird.
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Fig. 11 zeigt, entsprechend zu Fig. 10, jeweilige Betriebswellenformen, wenn der
Ausgangsstrom BUT sich ändert. In Fig. 11 werden gleiche Teile wie in Fig. 10 nicht
erläutert. In Fig. 11 beziehen sich durchgezogene Linien auf einen sogenannten
Maximallastfall, wenn der maximale Ausgangsstrom IOUT aus den Ausgangsanschlüssen
10-10' fließt, unterbrochene Linien beziehen sich hingegen auf einen sogenannten
unbelasteten Fall, wenn der Ausgangsstrom IOUT null ist. Wenn die Eingangsspannung
konstant ist, ist die TON-Zeitdauer ebenfalls konstant, so daß die Änderungsbreite ΔB im
magnetischen Fluß konstant ist.
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Wenn das Schaltelement 4 abschaltet, wird die Stoßspannung, die auf der
Streuinduktivität im Transformator 3 beruht, erzeugt. Wenn die Maximallast anliegt, ist
der Grad der Stoßspannung ännlich dem Fall des herkömmlichen Schaltnetzteils vom
Rücksprung-Typ; wenn andererseits eine geringe Last anliegt, ist der Spitzenwert des
Primärstroms unmittelbar vor dem Abschalten so groß, daß er größer ist als beim
herkömmlichen Schaltnetzteil.
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Im Fall des Schaltnetzteils vom regenerativen Typ bewirkt, aufgrund der
Energie-Regenerationsfähigkeit des Schaltelements 4 beim Anschalten, der parallel zum
Schaltelement 4 geschaltete Dämpßmgskondensator keine Anschaltverlustleistung,
sondern kann die Stoßspannung beim Anschalten effektiv begrenzen. Jedoch wird die
Resonanzenergie des Dämpfüngskondensators und die Streuinduktivität im
Transformator 3 so groß, daß eine Überschwing-Wellenform während der
AUS-Zeitdauer der Spannung über das Schaltelement 4 überlagert wird, und eine
Rauschquelle bildet. Das Hinzufügen eines derartigen Dämpfungskondensators, welcher
eme größere Kapazität besitzt, verhindert, daß die Schaltfrequenz eine höhere Frequenz
ist, was für ein Verkleinern des Netzteils wünschenswert ist.
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Betreffend den zweiten Stand der Technik wurde das Schaltnetzteil in einem
primärseitigen, regenerativen System, wie gezeigt in Fig. 12, entwickelt, wie auch in
EP-A-0 404 191 beschrieben ist. In Fig. 12 sind änliche Teile wie in Fig. 9 mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, und werden hier nicht erläutert. Bezugszeichen 1 bezeichnet
eine Gleichstromquelle; 2-2' Eingangsanschlüsse; 3 einen Transformator mit einer
Primärwicklung 3a, einer Sekundärwicklung 3c und einer Vorlastwicklung 3b; 4 ein
Schaltelement; 5 eine Diode; 6 eine Synchronisieroszillatorschaltung; 7 eine
Gleichrichterdiode; und 8 einen Glättungskondensator. Die Diode 7 und der
Glättungskondensator 8 bilden eine erste Gleichricht- und Glättungschaltung.
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Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Steuerschaltung und 10-10' bezeichnen
Ausgangsanschlüsse.
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Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gleichrichterdiode und 13 einen
Glättungskondensator. Die Gleichrichterdiode 12 besitzt eine Anode, welche mit dem
Verbindungspunkt zwischen der Primärwicklung 3a und dem Schaltelement 4 verbunden
ist, und eine Kathode, welche mit dem einen Ende des Glättungskondensators 13
verbunden ist, so daß die Primärwicklung 3a, die Gleichrichterdiode 12 und der
Glättungskondensator einen geschlossenen Stromkreis bilden. Bezugszeichen 11
bezeichnet ein zweites Schaltelement, welches parallel mit der Gleichrichterdiode 12
geschaltet ist und durch die Steuerschaltung 9 an-ausgeschaltet wird. Im übrigen sind
innerhalb der Steuerschaltung 9 der mit den Ausgangsanschlüssen verbundene Teil und
der Teil zum Treiben des Schaltelements 11 voneinander getrennt.
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Bezugnehmend auf Fig. 13, welches Wellenformdiagramme bei verschiedenen
Teilen des Schaltnetzteils zeigt, wird dessen Funktionsweise erläutert. In Fig. 13
bezeichnet (a) die Spannungswellenform VDS über das Schaltelement 4; (b) zeigt die
Wellenform des Primärstroms ID, welcher durch das Schaltelement 4 oder die Diode 5
fließt; (c) zeigt die Wellenform des Treiberimpulses VG1 in der
Synchronisieroszillatorschaltung 6; (d) zeigt die Wellenform des Primärstroms ID,
welcher durch das Schaltelement 11 oder die Gleichrichterdiode 12 fließt; (e) zeigt die
Wellenform des Treiberimpulses VG2 für das Schaltelement 11; (f) zeigt den
Sekundärstrom IO, welcher durch die Sekundärwindungen 3c fließt; und (g) zeigt die
Änderung im magnetischen Fluß Φ im Transformator 3.
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Der Primärstrom ID, welcher wänrend der AN-Zeitdauer des Schaltelements 4,
welches während der durch die Synchronisieroszillatorschaltung 6 festgelegten
AN-Zeitdauer arbeitet, durch die Primärwicklung 3a fließt, erzeugt einen magnetischen
Fluß im Transformator 3, um Energie in diesem zu speichern. Dann wird in der
Sekundärwicklung 3c des Transformators 3 einen Induktionsspannung erzeugt. Die
induzierte Spannung ist so angepaßt, daß sie die Gleichrichterdiode 7 in Sperrichtung
belastet. Die Gleichrichterdiode 12 ist ebenfalls in Sperrichtung vorbelastet und das
Schaltelement 11 in einem "AUS"-Zustand.
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Wenn das AUS-Signal von der Synchronisieroszillatorschaltung 6 das
Schaltelement 4 ausschaltet, wird eine Rücksprung- Spannung in der Primärwicklung 3a
erzeugt, um die Gleichrichterdiode 12 in der Sperrichtung zu belasten, und ebenfalls in
der Sekundärwicklung 3c erzeugt, so daß die Spannung an die Gleichrichterdiode 7 in
deren Vorwärtsrichtung anliegt. Auf diese Weise wird die im Transformator 3
gespeicherte Energie als Primärstrom ID über die Primärwicklung 3a und die
Gleichrichterdiode 12 entladen, und der Strom wird durch den Glättungskondensator 13
geglättet, um eine Gleichspannung VC zu liefern. Die Energie wird ebenso als
Sekundärstrom IO über die Sekundärwicklung 3c entladen, und der Strom wird durch
den Glättungskondensator 8 geglättet, um den Ausgangsanschlüssen 10-10' als
Ausgangsspannung VOUT zugeführt zu werden.
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Dann schaltet die Steuerschaltung 9 das zweite Schaltelement 11 an, aber es tritt
keine besondere Änderung in der Betriebsweise auf wenn der Primärstrom ID entweder
durch die Gleichrichterdiode 12 oder das Schaltelement 11 fließt. Ohne Berücksichtigung
der Kapazitätskomponenten, wie beispielsweise parasitäre Kapazität, wird, wenn das
Schaltelement 4 abschaltet und die Polarität der Spannung in jeder der Wicklungen des
Transformators 3 umgekehrt wird, die im Transformator 3 gespeicherte Energie zuerst
von der Primärwicklung 3a unter dem Einfluß der Streuinduktivität entladen. Speziell
beginnt der Primärstrom IC vom anfänglichen Wert des Endwertes IP des Primärstromes
ID zu fließen, und der Sekundärstrom IO steigt von null an.
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Dann ninnnt der magnetische Fluß Φ im Transformator 3 linear ab, da die
gespeicherte Energie mit der an der Primärwicklung 3a anliegenden Gleichspannung
entladen wird. Dementsprechend ninnut der Primärstrom IC monoton ab und wird
schließlich 0 A. Aber da das Schaltelement 11 "AN" ist, fließt nun umgekehrt der vom
Glättungskondensator 13 entladene Strom durch das Schaltelement 11. Da die
Gleichspannung VC an der Primärwicklung 3a anliegt ist, ist die Gleichrichterdiode 7 in
Vorwärtsrichtung belastet, und so fließt weiterhin der Sekundärstrom Ebenso nachdem
die im Transformator 3 gespeicherte Energie während der AN-Zeitdauer des
Schaltelements 4 entladen wurde, liegt die Gleichspannung VC über das Schaltelement 11
am Transformator 3 an, so daß dieser umgekehrt erregt wird, um Energie in der
umgekehrten Richtung zu speichern.
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Wenn das Schaltelement 11 durch die Steuerschaltung 9 abgeschaltet wird, wird
die Polarität der Spannung in jeder der Wicklungen umgekehrt. Somit wird die
Gleichrichterdiode 7 in Sperrichtung belastet, und so hört der Sekundärstrom IO auf zu
fließen. Die Induktionsspannung in der Primärwicklung 3a wird in einer solchen Richtung
erzeugt, daß das Verbindungsende des Schaltelements 4 auf einer negativen Spannung
liegt und dasjenige des Eingangsanschlusses 2 auf einer positiven Spannung. Auf diese
Weise fließt der Primärstrom ID in einer solchen Richtung, daß die
Eingangsgleichstromquelle 1 über die Diode 5 geladen wird, so daß die während der
AUS-Zeitdauer im Transformator 3 gespeicherte Energie als elektrische Leistung in die
Eingangsgleichstromquelle 1 zurückfließt.
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Dann schaltet, da sich die Polarität der in der Vorlastwicklung 3b erzeugten
Induktionsspannung ändert, die Synchronisieroszillatorschaltung 6 das Schaltelement 4
an, aber gemäß dem Weg, über welchen der Primärstrom ID fließt, tritt keine besondere
Änderung bei der Betriebsweise auf Wenn die während der AUS-Zeitdauer im
Transformator 3 gespeicherte Energie vollständig entladen ist, so daß der Primärstrom
zu null wird, fließt der Primärstrom ID entgegengesetzt zur Laderichtung des obigen Falls
von der Eingangsgleichstromquelle 1 über das bereits angeschaltete Schaltelement 4. Auf
diese Weise wird ein magnetischer Fluß im Transformator 3 erzeugt, um so Energie in
diesem zu speichern.
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In diesem Zustand wird die Polarität der in jeder der Wicklungen des
Tranformators 3 erzeugten Induktionsspannung nicht verändert, so daß die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 den AN-Zustand des Schaltelements 4 aufrechterhält.
Wenn das Schaltelement 4, welches während der durch die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 festgelegten AN-Zeitdauer arbeitet, abschaltet, wird
die im Transformator 3 gespeicherte Energie in Richtung des Glättungskondensators 13
über die Primärwicklung 3a, und als Sekundärstrom IO über die Sekundärwicklung 3c
entladen. Wenn die obigen Operationen wiederholt werden, wird die Ausgangsspannung
kontinuierlich von den Ausgangsanschlüssen 10-10' geliefert.
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Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des Regelns der
Ausgangsspannung, so daß sie stabil ist, wird nachfolgend gegeben. Fig. 13 zeigt
verschiedene Betriebswellenformen. Nun wird angenommen, daß die AUS-Zeitdauer
(t1-t3) der Treiber-Impulswellenform VG1 in der Synchronisieroszillatorschaltung 6 TOFF
ist, und die Umkehrrichtungs-Erregungszeitdauer (t2-t3) des Transformators 3 innerhalb
TOFF T'OFF ist, während die AN-Zeitdauer von dieser (t3-t5) TON ist, und die
Regenerativ-Zeitdauer (t3-t4) des Primärstroms ID innerhalb TON T'ON ist. Während der
Stabilisierungsoperation des Schaltnetzteils gemäß der vorliegenden Erfindung verändert
sich die Gleichspannung VC fast nicht, da die Kapazität des Glättungskondensators 13
ausreichend groß ist, und der Wellenstrom von diesem, d.h. der Primärstrom ION
während der AUS-Zeitdauer beträgt durchschnittlich 0 A, da die Lade- und
Entladestrome einander gleich sind. Somit ist die Energie, welche von der
Sekundärwicklung 3c und von den Ausgangsanschlüssen 10-10' geliefert wird, gleich
einer Differenz zwischen der während der AN-Zeitdauer im Transformator 3
gespeicherten Energie und der während der T'ON-Zeitdauer in die
Eingangsgleichstromquelle 1 zurückgeleitete Energie.
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Andererseits ist offensichtlich, daß die Gleichspannung VC sich durch die folgende
Gleichung (4) beschreiben läßt, solange die Gleichspannung VC als Ausgangsspannung
ohne Last bei der Operation des Stabilisierens der Ausgangsspannung vom Schaltnetzteil
vom regenerativen Regelungstyp genommen wird, welche als Stand der Technik erläutert
wurde.
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Weiter kann die Ausgangsspannung VOUT vom Schaltnetzteil, welche durch
Gleichrichten der Rücksprung- Spannung in der Sekundärwicklung 3c erzielt wird, durch
Andern der Gleichspannung VC, wie beschrieben durch Gleichung (5) reguliert werden.
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Beispielsweise wird, wenn der Ausgangsstrom IOUT abnimmt und die
Ausgangsspannung VOUT zunimmt, die AN-Zeitdauer des Schaltelements 11 (d.h. die
AUS-Zeitdauer TOFF des Schaltelements 4) durch die Steuerschaltung 9 verlängert, und
somit nimmt die Gleichspannung VC ab, da die vom Glättungskondensator 13 entladene
Ladung größer ist als die hineingeladene Ladung. Während die Ausgangsspannung VOUT
entsprechend der Abnahme der Gleichspannung VC abnimmt, läßt der Gradient des
Primärstroms IC nach, da die in der Wicklung des Transformators 3 erzeugte und an
dieser anliegende Spannung VC während der AUS-Zeitdauer abnimmt. Auf diese Weise
geht die Gleichspannung VC schließlich auf einen solchen Wert hinunter, daß die
Ausgangsspannung VOUT eine vorgeschriebene Spannung wird. Als Ergebnis kann die
Ausgangsspannung VOUT durch Regulieren der AN-Zeitdauer des Schaltelements 11
stabilisiert werden.
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Die Gleichspannung VC erfordert in der Hauptsache eine geringe Änderung zur
Korrektur der Änderung (Lastregulierung) in der Ausgangsspannung VOUT aufgrund der
Änderung im Ausgangsstrom IOUT. Somit ändert sich, wenn die AN-Zeitdauer TON
festliegt, sich die AUS-Zeitdauer TOFF fast nicht, und die Schaltfrequenz und die
Änderungsbreite ΔB im magnetischen Fluß sind ebenso annähernd feste Größen. Dieser
Verlauf ist mit unterbrochenen Linien in Fig. 13 dargestellt. Die obige Anordnung dieses
Standes der Technik kann in effizienter Weise die Sprung-Spannung beim Abschalten des
Schaltelements und die Überschwingwellenform während der AUS-Zeitdauer begrenzen,
ohne die Effizienz des Schaltnetzteils vom regenerativen Regelungstyp zu
beeinträchtigen, was eine Änderung bei der Schaltfrequenz aufgrund einer Laständerung
einschränken kann.
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Jedoch besitzen die Anordnungen des Standes der Technik folgende Mängel. Der
Strom, welcher durch die Sekundärwicklung 3c des Transformators 3 und die Diode 7
fließt, steigt beim Abschalten des Schaltelements 4 von null an, um den
Glättungskondensator 8 und den Ausgangsanschlüssen 10-10' elektrische Energie
zuzuführen. Dieser Strom wird unmittelbar null, wenn die Diode 7 durch die in der
Sekundärwicklung 3c des Transformators 3 gleichzeitig mit dem Abschalten des
Schaltelements 11 induzierte Spannung abgeschaltet wird. Dann tritt Erholung
(recovery) in der Diode 7 auf; diese bildet eine Rauschquelle und bewirkt eine
Verlustleistung, welche eine wünschenswerte höhere Schaltfrequenz verhindert, die zum
Verkleinern des Netzteils erforderlich ist.
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EP-A-0 336 725 offenbart, daß verschiedene Schaltnetzteile vom Resonanztyp,
welche eine LC-Resonanz verwenden, vorgeschlagen wurden, bei welchem eine
Induktivität und eine Kapazität in den Schaltkreis eingefügt sind (Seite 3, Zeilen 26, 27).
INHALT DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der Erfindung ist, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme
zu lösen, und ein gering verrauschtes und hocheffizientes Schaltnetzteil vom
regenerativen Regelungstyp zu liefern, welcher das Auftreten eines Recovery-Effektes
einschränkt, ohne dessen Effizienz zu beeinträchtigen, so daß es eine Veränderung der
Schaltfrequenz aufgrund einer Laständerung einschränken kann.
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Um obenstehendes Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wie
dargelegt in Anspruch 1, ein Schaltnetzteil geliefert, welches autweist: eine erste
Schalteinrichtung zum wiederholten Ein-Ausschalten; einen Transformator, der eine
Primärwicklung (und optional eine Hilfswicklung) und mindestens eine
Sekundärwicklung besitzt, wobei eine Eingangsspannung einer Spannungsquelle an die
Primärwicklung des Transformators angelegt ist, wenn die erste Schalteinrichtung EIN
geschaltet ist, um dadurch Energie im Transformator zu speichern; erste Gleichricht- und
Glättungseinrichtungen, die mit der Sekundarwicklung verbunden sind, um aus der von
der Sekundärwicklung des Transformators entladenen Energie eine Ausgangsspannung
zu erhalten, wenn die erste Schalteinrichtung Ausgeschaltet ist; zweite Gleichricht- und
Glättungseinrichtungen, die mit der Primärwicklung oder der Hilfswicklung verbunden
sind, um aus der von der Primärwicklung oder der Hilfswicklung des Transformators
entladenen Energie eine Gleichspannung zu erhalten, wenn die erste Schalteinrichtung
Ausgeschaltet ist; eine zweite Schalteinrichtung, die parallel zu der zweiten
Gleichrichteinrichtung geschaltet ist, um abwechselnd mit der ersten Schalteinrichtung
ein Ein-Ausschalten zu wiederholen, wobei die Gleichspannung über die zweüe
Schalteinrichtung entweder an der Primärwicklung oder der Hilfwicklung des
Transformators anliegt, um Energie im Transformator zu speichern, wobei die im
Transformator gespeicherte Energie von der Primärwicklung des Transformators zu der
Eingangsspannung zurückgegeben wird, wenn die zweite Schalteinrichtung AUS
geschaltet ist, und die Ausgangsspannung durch Andern des Ein-Aus-Verhältnisses in der
ersten und zweiten Schalteinrichtung gesteuert wird; wobei im geschlossenen
Stromkreis, der aus den ersten und zweiten Gleichricht- und Glättungseinrichtungen
aufgebaut ist, welche durch den Transformator verbunden sind, die Streuinduktivität der
Primärwicklung oder der Hilfwicklung des Transformators oder eine extern angebrachte
Induktivität mit den ersten oder zweiten Gleichricht- und Glättungseinrichtungen, oder
allen beiden, in Resonanz gebracht wird, so daß der durch die Sekundärwicklung und die
zweite Gleichricht- und Glättungseinrichtung fließende Resonanzstrom von null ansteigt,
jedoch aufgrund eines Resonanzphänomens, nach dem Durchlaufen einer Spitze, wieder
auf null abnimmt. Auf diese Weise kann, wenn die erste Schalteinrichtung anschaltet, um
die zweite Gleichricht- und Glättungseinrichtung in der Sperrichtung zu belasten, der
Eingangsstrom zur zweiten Gleichricht- und Glattungseinrichtung auf null verringert
werden, und das Auftreten eines Recovery-Effekts kann begrenzt werden. Der Strom,
welcher durch die Primärwicklung oder die Hilfswicklung des Transformators fließt,
sowie deijenige, welcher durch die Sekundärwicklung von diesem fließt, nehmen eine
weiche Wellenform an, so daß das Auftreten von Rauschen begrenzt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm des Schaltnetzteils gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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- Fig. 2 zeigt Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen der Schaltung von Fig. 1;
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Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm des Schaltnetzteils gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 4 zeigt Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen in der Schaltung von Fig. 3;
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Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm des Schaltnetzteils gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 6 zeigt Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen in der Schaltung von Fig. 5;
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Für Fig. 7 ist ein Schaltungsdiagramm des Schaltnetzteils gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 8 zeigt Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen in der Schaltung von Fig. 7;
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Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm des Schaltnetzteils gemäß dem Stand der
Technik;
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Fig. 10 zeigt Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen in der Schaltung von Fig. 9;
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Fig. 11 zeigt weitere Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen in der Schaltung von Fig. 9;
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Fig. 12 ist ein Schaltungsdiagramm des Schaltnetzteils gemäß dem Stand der
Technik;
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Fig. 13 zeigt Wellenformdiagramme zur Erläuterung verschiedener
Betriebswellenformen in der Schaltung von Fig. 12.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
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Bezugnehmend auf die Figuren 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 1 zeigt eine Anordnung des Schaltnetzteils gemäß
der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnen dieselben
Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 9 und werden hier nicht detailliert erläutert.
Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Gleichstromquelle; 2-2' Eingangsanschlüsse; 3 einen
Transformator mit einer Primärwicklung 3a, einer Sekundärwicklung 3c und einer
Vorlastwicklung 3b; 4 ein Schaltelement, welches als erste Schalteinrichtung dient; 5 eine
Diode; 6 eine Synchronisieroszillatorschaltung; 7 eine Gleichrichterdiode; und 8 einen
Glättungskondensator. Die Diode 7 und der Glättungskondensator 8 bilden eine erste
Gleichricht- und Glättungschaltung. Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Steuerschaltung
und 10-10' bezeichnen Ausgangsanschlüsse.
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Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Schaltelement, welches als erste
Schalteinrichtung dient, welche durch die Steuerschaltung 9 an-ausgeschaltet wird.
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Innerhalb der Steuerschaltung 9 sind der mit den Ausgangsanschlüssen 10-10'
verbundene Teil und der Teil zum Treiben des Schaltelements 11 voneinander getrennt.
Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gleichrichterdiode und 13 einen
Glättungskondensator. Die Gleichrichterdiode 12 und der Glättungskondensator 13
bilden eine zweite Gleichricht- und Glättungsschaltung. Bezugszeichen 14 bezeichnet
eine Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung 3a und der Sekundärwicklung 3c des
Transformators 3, oder ein extern angebrachtes Induktivitätselement. Der
Glättungskondensator 13 und die Streuinduktivität oder das Induktivitätselement 13
werden miteinander in Resonanz gebracht, so daß die Stromwellenform der
Gleichrichterdiode 7 sinusförmig ist.
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Bezugnehmend auf Fig. 2, welche die Wellenformdiagramme bei verschiedenen
Teilen des Schaltnetzteils zeigt, wird dessen Funktionsweise erläutert.
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In Fig. 2 zeigt (a) die Spannungswellenform VDS über das Schaltelement 4; (b)
zeigt die Wellenform des Primärstroms ID, welcher über das Schaltelement 4 oder die
Diode 5 fließt; (c) zeigt die Wellenform des Treiberiippulses VG1 für das Schaltelement 4
in der Synchronisieroszillatorschaltung 6; (d) zeigt die Wellenform des Primärstroms IC,
welcher durch das Schaltelement 11 oder die Gleichrichterdiode 12 fließt; (e) zeigt die
Wellenform des Treiberünpulses VG2 für das Schaltelement 11; (f) zeigt den
Sekundärstrom IO, welcher durch die Sekundärwindung 3c fließt; und (g) zeigt die
Änderungen im magnetischen Fluß Φ im Transformator 3.
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Der Primärstrom ID, welcher während der AN-Zeitdauer des Schaltelements 4,
welches während der durch die Synchronisieroszlllatorschaltung 6 festgelegten
AN-Zeitdauer arbeitet, durch die Primärwicklung 3a fließt, erzeugt einen magnetischen
Fluß im Transformator 3, um Energie in diesem zu speichern. Dann wird in der
Sekundärwicklung 3c des Transformators 3 einen Induktionsspannung erzeugt. Die
induzierte Spannung ist so angepaßt, daß sie die Gleichrichterdiode 7 in Sperrichtung
belastet. Die Gleichrichterdiode 12 auf der Primärwicklungsseite ist ebenfalls in
Sperrichtung vorbelastet und das Schaltelement 11 in einem "AUS"-Zustand.
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Wenn das AUS-Signal von der Synchronisieroszillatorschaltung 6 das
Schaltelement 4 ausschaltet, wird eine Rücksprung- Spannung in der Primärwicklung 3a
erzeugt, um die Gleichrichterdiode 12 in der Sperrichtung zu belasten, und ebenfalls in
der Sekundärwicklung 3c erzeugt, so daß die Spannung an die Gleichrichterdiode 7 in
deren Vorwärtsrichtung anliegt. Auf diese Weise wird die im Transformator 3
gespeicherte Energie als Primärstrom ID über die Primärwicklung 3a und die
Gleichrichterdiode 12 entladen, und der Strom wird durch den Glättungskondensator 13
geglättet, um eine Gleichspannung VC zu liefern. Die Energie wird ebenso als
Sekundärstrom IO über die Sekundärwicklung 3c entladen, und der Strom wird durch
den Glättungskondensator 8 geglättet, um den Ausgangsanschlüssen 10-10' als
Ausgangsspannung VOUT zugeführt zu werden.
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Dann schaltet die Steuerschaltung 9 das zweite Schaltelement 11 an, aber es tritt
keine besondere Änderung in der Betriebsweise auf, wenn der Primärstrom ID entweder
durch die Gleichrichterdiode 12 oder das Schaltelement 11 fließt. Ohne Berücksichtigung
der Kap azitätskoniponenten, wie beispielsweise parasitäre Kapazität, wird, wenn das
Schaltelement 4 abschaltet und die Polarität der Spannung in jeder der Wicklungen des
Transformators 3 umgekehrt wird, die im Transformator 3 gespeicherte Energie zuerst
von der Primärwicklung 3a unter dem Einfluß der Streuinduktivität im Transformator 3
entladen. Speziell beginnt der Primärstrom IC vom anfänglichen Wert des Endwertes IP
des Primärstromes ID zu fließen, und der Sekundärstrom IO steigt von null an.
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Dann ist, da die Gleichrichterdioden 7 und 12 "AN" sind, der Strom, welcher durch
jede Wicklung fließt, ein transienter Strom im geschlossenen Stromkreis, welcher aus
dem Glättungskondensator 13, der Streuinduktivität oder dem Induktivitätselement 14
und dem Glättungskondensator 8 besteht, welche über die Primärwicklung 3a und die
Sekundärwicklung 3c verbunden sind. Dieser Strom wird, da die Resonanzfrequenz des
Kondensators 13 und die Streuinduktivität oder Induktivität für einen ausreichend
geringen Wert festgelegt ist, wird zu einem sinusförmigen Resonanzstrom. Dann nimmt,
da die gespeicherte Energie vom Transformator 3 mit der an der Primärwicklung 3a
anliegenden Gleichspannung VC entladen wird, der magnetische Fluß Φ im
Transformator 3 linear ab. Der Strom IO der Sekundärwicklung ist die Summe des
Erregungsstroms, welcher den magnetischen Fluß Φ induziert, und des
Primärwicklungsstroms, welcher der Resonanzstrom ist.
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Da die Resonanzzeitdauer des Resonanzstroms ausreichend klein festgelegt ist,
wird der Sekundärwicklungsstrom IO sich auf null vermindern, lange bevor die
Gleichrichterdiode 7 abgeschaltet wird. Wenn die Glättungsdiode "AN" ist, fließt der
sinusförmige Resonanzstrom als prmärwicklungsstrom IC; wenn andererseits die
Glättungsdiode "AUS" ist, verschwindet der Resonanzstrom, und lediglich der
Erregungsstrom fließt. Bei obigem Vorgang wird der Primärwindungsstrom IC negativ,
jedoch ist das Schaltelement 11 "AN", so daß die Resonanz aufrechterhalten wird. Somit
fließt nun umgekehrt der vom Glättungskondensator 13 entladene Strom über das
Schaltelement 11 in die Primärwicklung 3a.
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Ebenso nachdem die im Transformator 3 gespeicherte Energie während der
AN-Zeitdauer des Schaltelements 4 entladen wurde, liegt die Gleichspannung VC über
das Schaltelement 11 am Transformator 3 an, so daß dieser umgekehrt erregt wird, um
Energie in der umgekehrten Richtung zu speichern.
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Wenn das Schaltelement 11 durch die Steuerschaltung 9 abgeschaltet wird, wird
die Polarität der Spannung in jeder der Wicklungen umgekehrt und somit die
Induktionsspannung in der Primärwicklung 3a wird in einer solchen Richtung erzeugt,
daß das Verbindungsende des Schaltelements 4 auf einer negativen Spannung liegt und
dasjenige des Eingangsanschlusses 2 auf einer positiven Spannung. Auf diese Weise fließt
der Primärstrom ID in einer solchen Richtung, daß die Eingangsgleichstromquelle 1 über
die Diode 5 geladen wird, so daß die während der AUS-Zeitdauer im Transformator 3
gespeicherte Energie als elektrische Leistung in die Eingangsgleichstromquelle 1
zurückfließt.
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Dann schaltet die Synchronisieroszillatorschaltung 6 das Schaltelement 4 an, aber
gemäß dem Weg, über welchen der Primärstrom ID fließt, tritt keine besondere
Änderung bei der Betriebsweise auf Wenn die wänrend der AUS-Zeitdauer im
Transformator 3 gespeicherte Energie vollständig entladen ist, so daß der Primärstrom
zu null wird, fließt der Primärstrom ID entgegengesetzt zur Laderichtung des obigen Falls
von der Eingangsgleichstromquelle 1 über das bereits angeschahete Schaltelement 4. Auf
diese Weise wird ein magnetischer Fluß im Transformator 3 erzeugt, um so Energie in
diesem zu speichern. In diesem Zustand wird die Polarität der in jeder der Wicklungen
des Tranformators 3 erzeugten Induktionsspannung nicht verändert, so daß die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 den AN-Zustand des Schaltelements 4 aufrechterhält
Wenn das Schaltelement 4, welches während der durch die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 festgelegten AN-Zeitdauer arbeitet, abschaltet, wird
die im Transformator 3 gespeicherte Energie in Richtung des Glättungskondensators 13
über die Primärwicklung 3a, und als Sekundärstrom IO über die Sekundärwicklung 3c
entladen. Wenn die obigen Operationen wiederholt werden, wird die Ausgangsspannung
kontinuierlich von den Ausgangsanschlüssen 10-10' geliefert.
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Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des Regelns der
Ausgangsspannung, so daß sie stabil ist, wird nachfolgend gegeben. Fig. 2 zeigt
verschiedene Betriebswellenformen. Nun wird angenommen, daß die AUS-Zeitdauer
(t1-t3) der Treiber-Impulswellenform VG1 in der Synchronisieroszillatorschaltung 6 TOFF
ist, und die Umkehrrichtungs-Erregungszeitdauer (t2-t3) des Transformators 3 innerhalb
TOFF T'OFF ist, während die AN-Zeitdauer von dieser (t3-t5) TON ist und die
Rückkehr-Zeitdauer (t3-t4) des Primärstroms ID innerhalb von dieser T'ON ist.
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Während der Stabilisierungsoperation des Schaltnetzteils gemäß der vorliegenden
Erfindung nimmt die Gleichspannung VC die Summe der Gleichstromkomponente und
der Resonanzspannung des Glättungskondensators 13 und der Streuinduktivität oder
Induktivitätselement 14; aber deren Änderung wird ausreichend klein gemacht.
Andererseits besitzt der Primärstrom ION während der AUS-Zeitdauer, d.h. der
wellenförmige Strom vom Glättungskondensator 13, einen durchschnittlichen Strom von
0 A, da die Lade- und Entladeströme einander gleich sind. Somit ist die Energie, welche
von der Sekundärwicklung 3c und von den Ausgangsanschlüssen 10-10' geliefert wird,
gleich einer Differenz zwischen der während der AN-Zeitdauer im Transformator 3
gespeicherten Energie und der während der T'ON-Zeitdauer in die
Eingangsgleichstromquelle 1 zurückgeleitete Energie.
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Andererseits ist offensichtlich, daß die Gleichspannung VC durch Gleichung (4)
dargestellt werden kann, solange die Gleichspannung VC als Ausgangsspannung ohne
Last bei der Operation des Stabilisierens der Ausgangsspannung vom Schaltnetzteil vom
regenerativen Regelungstyp genommen wird, welche als Stand der Technik erläutert
wurde.
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Weiter kann die Ausgangsspannung VOUT vom Schaltnetzteil, welche durch
Gleichrichten der Rücksprung-Spannung in der Sekundärwicklung 3c erzielt wird, durch
Ändern der Gleichspannung VC, deren Schwankungsbreite ausreichend klein gemacht
werden kann, reguliert werden, wie beschrieben durch Gleichung (5). Sogar wenn die
Schwahkungsbreite von VC groß ist, kann die Ausgangsspannung VOUT mittels des
Durchschnittswerts von VC reguliert werden. Beispielsweise wird, wenn der
Ausgangsstrom IOUT abnimmt und die Ausgangsspannung VOUT zunimmt, die
AN-Zeitdauer des Schaltelements 11 (d.h. die AUS-Zeitdauer TOFF des Schaltelements
4) durch die Steuerschaltung 9 verlängert, und die vom Glättungskondensator 13
entladene Ladung größer ist als die hineingeladene Ladung, so daß der
Durchschnittswert des Gleichstromes VC schrittweise abnimmt. Wenn die
Gleichspannung VC abnimmt, nimmt die Ausgangsspannung VOUT ebenfalls ab, und die
während der AUS-Zeitdauer in der Wicklung des Transformators 3 erzeugte und an der
Wicklung anliegende Spannung VC nimmt ebenfalls ab. Somit läßt der Gradient des
Primärstroms IC ebenfalls nach, so daß die Gleichspannung VC schließlich auf einen
solchen Wert heruntergeht, daß die Ausgangsspannung VOUT zu einer bestimmten
festgelegten Spannung wird. Als Ergebnis kann die Ausgangsspannung VOUT durch
Regulieren der AN-Zeitdauer des Schaltelements 11 stabilisiert werden. Die
Gleichspannung VC effordert in der Hauptsache eine geringe Änderung zur Korrektur
der Änderung (Lastregulierung) in der Ausgangsspannung VOUT aufgrund der Änderung
im Ausgangsstrom IOUT. Somit ändert sich, wenn die AN-Zeitdauer TON festliegt, sich
die AUS-Zeitdauer TOFF fast nicht, und die Schaltfrequenz und die Änderungsbreite ΔB
im magnetischen fluß sind ebenso annähernd feste Größen. Dieser Verlauf ist mit
unterbrochenen Linien in Fig. 2 dargestellt. Die obige Anordnung dieser
Ausführungsform, bei welcher der Kondensator 13 und die Diode 12 eine
Clamping-Schaltung bilden, besitzt den Vorteil, daß eine Stoßspannung, welche im
ersten Stand der Technik auf dem Abschalten des Schaltelements 4 beruht, nicht erzeugt
wird.
Ausführungsform 2
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Bezugnehniend auf die Figuren 3 und 4 wird die zweite Ausführungsform erläutert.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung des Schaltnetzteils gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche Teile wie
in Fig. 9 und werden hier nicht detailliert erläutert. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine
Gleichstromquelle; 2-2' Eingangsanschlüsse; 3 einen Transformator mit einer
Primärwicklung 3a, einer Sekundärwicklung 3c und einer Vorlastwicklung 3b; 4 ein
Schaltelement, welches als erste Schalteinrichtung dient; 5 eine Diode; 6 eine
Synchronisieroszillatorschaltung; 7 eine Gleichrichterdiode; und 8 einen
Glättungskondensator. Die Diode 7 und der Glättungskondensator 8 bilden eine erste
Gleichricht- und Glättungschaltung. Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Steuerschaltung
und 10-10' bezeichnen Ausgangsanschlüsse.
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Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Schaltelement, welches als erste
Schalteinrichtung dient, welche durch die Steuerschaltung 9 an-ausgeschaltet wird.
Innerhalb der Steuerschaltung 9 sind der mit den Ausgangsanschlüssen 10-10'
verbundene Teil und der Teil zum Treiben des Schaltelements 11 voneinander getrennt.
Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gleichrichterdiode und 13 einen
Glättungskondensator. Die Gleichrichterdiode 12 und der Glättungskondensator 13
bilden eine zweite Gleichricht- und Glättungsschaltung. Bezugszeichen 14 bezeichnet
eine Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung 3a und der Sekundärwicklung 3c des
Transformators 3, oder ein extern angebrachtes Induktivitätselement. Der
Glättungskondensator 13 und die Streuinduktivität oder das Induktivitätselement 13
werden miteinander in Resonanz gebracht, so daß die Stromwellenform der
Gleichrichterdiode 7 sinusförmig ist. Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Kondensator,
welcher parallel zum Schaltelement 4 geschaltet ist und dazu dient, abrupte
Schwankungen bei den am Schaltelement 4 und Schaltelement 11 anliegenden
Spannungen zu begrenzen. Es wird darauf hingewiesen, daß die An-Aus-Signale in der
Steuerschaltung 9 und dem Synchronisieroszillatorschaltung 6 so festgelegt sind, daß die
Schaltelemente 4 und 11 zeitliche zusammenfallende AUS-Zeitdauern besitzen.
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Bezugnehmend auf Fig. 4, welche die Wellenformdiagramme bei verschiedenen
Teilen des Schaltnetzteils zeigt, wird dessen Funktionsweise erläutert.
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In Fig. 4 zeigt (a) die Spannungswellenform VDS über das Schaltelement 4; (b)
zeigt die Wellenform des Primärstroms ID, welcher über das Schaltelement 4 oder die
Diode 5 fließt; (c) zeigt die Wellenform des Treiberimpulses VG1 für das Schaltelement 4
in der Synchronisieroszillatorschaltung 6; (d) zeigt die Wellenform des Primärstroms IC,
welcher durch das Schaltelement 11 oder die Gleichrichterdiode 12 fließt; (e) zeigt die
Wellenform des Treiberimpulses VG&sub2; flir das Schaltelement 11; (f) zeigt den
Sekundärstrom IO, welcher durch die Sekundärwindung 3c fließt; und (g) zeigt die
Änderungen im magnetischen Fluß Φ im Transformator 3.
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Die grundlegende Funktionsweise gemäß dieser Ausführungsform ist die gleiche
wie bei der Schaltungskonfiguration gemäß der ersten Ausführungsform. Jedoch wird
darauf hingewiesen, daß das Schaltelement 4 und das Schaltelement 11 eine zeitlich
zusammenfallende AUS-Zeitdauer besitzen, während welcher die an diesen anliegende
Spannung sich ändert. Der parallel zum Schaltelement 4 geschaltete Kondensator 15
kann ein abruptes Ansteigen oder Abfallen der Spannungswellenform beim Abschalten
oder Anschalten des Schaltelements 4 abschwächen. Weiter tritt, da das Schaltelement 4
umgeschaltet werden kann, nachdem die im Kondensator 15 gespeicherte Energie in die
Eingangsgleichstromquelle 1 zurückgeleitet wurde, eine Anschaltverlustleistung des
Schaltelements 4 nicht auf. Der gleiche Effekt kann ebenfalls für das Schaltelement 11
erzielt werden. Die Funktionsweise abgesehen von der bei der oben beschriebenen
Übergangszeit (transient time), welche vollständig dieselbe wie bei der ersten
Ausführungsform ist, wird hier nicht erläutert.
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Wenn der Kondensator 15 vorgesehen ist, ändert sich die Ausgangsimpedanz in
jeder Wicklung im Transformator bei der Übergangszeit (transient time), insbesondere
ändert sich der anfängliche Stromwert in jeder Wicklung, wenn das Schaltelement 4 AUS
ist. Jedoch beeinflußt dies die Steueroperation selber geringfügig, so daß der
Resonanzstrom als Sekundärwicklungsstrom genommen werden kann. Zusätzlich kann,
da die Wellenform der am Schaltelement 4 und dem Schaltelement 11 anliegenden
Spannung nicht abrupt oder steil ist, ein Auftreten von Rauschen eingeschränkt, und die
Schaltverlustleistung, welche das Schaltelement 4 und das Schaltelement 11 betrifft,
ebenfalls verringert werden. Die obige Anordnung dieser Ausführungsform, bei welcher
der Kondensator 13 und die Diode 12 eine Clamping-Schaltung bilden, besitzt den
Vorzug, daß die Stoßspannung, welche auf dem Abschalten des Schaltelements 4 im
ersten Stand der Technik beruht, nicht erzeugt wird.
Ausführungsform 3
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Bezugnehmend auf die Figuren 5 und 6 wird die dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 5 zeigt eine Anordnung des Schaltnetzteils gemäß
der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 bezeichnen dieselben
Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 9 und werden hier nicht detailliert erläutert.
Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Gleichstromquelle; 2-2' Eingangsanschlüsse; 3 einen
Transformator mit einer Primärwicklung 3a, einer Sekundärwicklung 3c, eine
Hilfswicklung 3d und einer Vorlastwicklung 3b; 4 ein Schaltelement, welches als erste
Schalteinrichtung dient; 5 eine Diode; 6 eine Synchronisieroszlllatorschaltung; 7 eine
Gleichrichterdiode; und 8 einen Glättungskondensator. Die Diode 7 und der
Glättungskondensator 8 bilden eine erste Gleichricht- und Glättungschaltung.
Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Steuerschaltung und 10-10' bezeichnen
Ausgangsanschlüsse.
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Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Schaltelement, welches als erste
Schalteinrichtung dient, welche durch die Steuerschaltung 9 an-ausgeschaltet wird.
Innerhalb der Steuerschaltung 9 sind der mit den Ausgangsanschlüssen 10-10'
verbundene Teil und der Teil zum Treiben des Schaltelements 11 voneinander getrennt.
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Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gleichrichterdiode und 13 einen
Glättungskondensator. Die Gleichrichterdiode 12 und der Glättungskondensator 13
bilden eine zweite Gleichricht- und Glättungsschaltung. Bezugszeichen 17 bezeichnet
eine Streuinduktivität zwischen der Hilfswicklung 3d und der Sekundärwicklung 3c des
Transformators 3, oder ein extern angebrachtes Induktivitätselement. Der
Glättungskondensator 13 und die Streuinduktivität oder das Induktivitätselement 13
werden miteinander in Resonanz gebracht, so daß die Stromwellenform der
Gleichrichterdiode 7 sinusförmig ist.
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Bezugnehmend auf Fig. 6, welche die Wellenformdiagramme bei verschiedenen
Teilen des Schaltnetzteils zeigt, wird dessen Funktionsweise erläutert.
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In Fig. 6 zeigt (a) die Spannungswellenform VDS über das Schaltelement 4; (b)
zeigt die Wellenform des Primärstroms ID, welcher über das Schaltelement 4 oder die
Diode 5 fließt; (c) zeigt die Wellenform des Treiberhupulses VG1 für das Schaltelement 4
in der Synchronisieroszillatorschaltung 6; (d) zeigt die Wellenform des Primärstroms IC,
welcher durch das Schaltelement 11 oder die Gleichrichterdiode 12 fließt; (e) zeigt die
Wellenform des Treiberüppulses VG2 für das Schaltelement 11; (f) zeigt den
Sekundärstrom IO, welcher durch die Sekundärwindung 3c fließt; und (g) zeigt die
Änderungen im magnetischen Fluß Φ im Transformator 3.
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Der Primärstrom ID, welcher während der AN-Zeitdauer des Schaltelements 4,
welches während der durch die Synchronisieroszillatorschaltung 6 festgelegten
AN-Zeitdauer arbeitet, durch die Primärwicklung 3a fließt, erzeugt einen magnetischen
Fluß im Transformator 3, um Energie in diesem zu speichern. Dann wird in der
Sekundärwicklung 3c des Transformators 3 einen Induktionsspannung erzeugt. Die
induzierte Spannung ist so angepaßt, daß sie die Gleichrichterdiode 7 in Sperrichtung
belastet. Die Gleichrichterdiode 12 auf der Primärwicklungsseite ist ebenfalls in
Sperrichtung vorbelastet und das Schaltelement 11 in einem "AUS"-Zustand.
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Wenn das AUS-Signal von der Synchronisieroszillatorschaltung 6 das
Schaltelement 4 ausschaltet, wird eine Rücksprung-Spannung in der Primärwicklung 3a
erzeugt, um die Gleichrichterdiode 12 in der Sperrichtung zu belasten, und ebenfalls in
der Sekundärwicklung 3c erzeugt, so daß die Spannung an die Gleichrichterdiode 7 in
deren Vorwärtsrichtung anliegt. Auf diese Weise wird die im Transformator 3
gespeicherte Energie als Primärstrom ID über die Hilfswicklung 3d und die
Gleichrichterdiode 12 entladen, und der Strom wird durch den Glättungskondensator 13
geglättet, um eine Gleichspannung VC zu liefern. Die Energie wird ebenso als
Sekundärstrom IO über die Sekundärwicklung 3c entladen, und der Strom wird durch
den Glättungskondensator 8 geglättet, um den Ausgangsanschlüssen 10-10' als
Ausgangsspannung VOUT zugeführt zu werden.
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Dann schaltet die Steuerschaltung 9 das zweite Schaltelement 11 an, aber es tritt
keine besondere Änderung in der Betriebsweise auf, wenn der Hilfswicklungsstrom IC
entweder durch die Gleichrichterdiode 12 oder das Schaltelement 11 fließt. Ohne
Berücksichtigung der Kapazitätskomponenten, wie beispielsweise parasitäre Kapazität,
wird, wenn das Schaltelement 4 abschaltet und die Polarität der Spannung in jeder der
Wicklungen des Transformators 3 umgekehrt wird, die im Transformator 3 gespeicherte
Energie entladen, so daß sie zur Hilfswicklung 3d und der Sekundärwicklung 3c in
Übereinstimmung mit der Streuinduktivität des Transformators 3 und der Induktivität
der Streuinduktivität oder des Induktivitätselements 17 verteilt wird.
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Dann ist, da die Gleichrichterdioden 7 und 11 "AN" sind, der Strom, welcher durch
jede Wicklung fließt, ein transienter Strom im geschlossenen Stromkreis, welcher aus
dem Glättungskondensator 13, der Streuinduktivität oder dem Induktivitätselement 14
und dem Glättungskondensator 8 besteht, welche über die Hilfswicklung 3d und die
Sekundärwicklung 3c verbunden sind. Dieser Strom wird, da die Resonanzfrequenz des
Kondensators 13 und die Streuinduktivität oder Induktivität für einen ausreichend
geringen Wert festgelegt ist, wird zu einem sinusförmigen Resonanzstrom
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Dann nimnit, da die gespeicherte Energie vom Transformator 3 mit der an der
Hilfswicklung 3d anliegenden Gleichspannung VC entladen wird, der magnetische Fluß Φ
im Transformator 3 linear ab. Der Strom IO der Sekundärwicklung ist die Summe des
Erregungsstroms, welcher den magnetischen Fluß Φ induziert, und des
Hilfswicklungsstroms, welcher der Resonanzstrom ist. Da die Resonanzzeitdauer des
Resonanzstroms ausreichend klein festgelegt ist, wird der Sekundärwicklungsstrom IO
sich auf null vermindern, lange bevor die Gleichrichterdiode 7 abgeschaltet wird. Wenn
die Glättungsdiode "AN" ist, fließt der sinusförmige Resonanzstrom als
Hilfswicklungsstrom IC; wenn andererseits die Glättungsdiode "AUS" ist, verschwindet
der Resonanzstrom, und lediglich der Erregungsstrom fließt.
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Bei obigem Vorgang wird der Primärwindungsstrom IC negativ, jedoch ist das
Schaltelement 11 "AN", so daß die Resonanz aufrechterhalten wird. Somit fließt nun
umgekehrt der vom Glättungskondensator 13 entladene Strom über das Schaltelement
11 in die Hilfswicklung 3d. Ebenso nachdem die im Transformator 3 gespeicherte
Energie während der AN-Zeitdauer des Schaltelements 4 entladen wurde, liegt die
Gleichspannung VC über das Schaltelement 11 am Transformator 3 an, so daß dieser
umgekehrt erregt wird, um Energie in der umgekehrten Richtung zu speichern.
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Wenn das Schaltelement 11 durch die Steuerschaltung 9 abgeschaltet wird, wird
die Polarität der Spannung mjeder der Wicklungen umgekehrt und somit die
Induktionsspannung in der Primärwicklung 3a wird in einer solchen Richtung erzeugt,
daß das Verbindungsende des Schaltelements 4 auf einer negativen Spannung liegt und
dasjenige des Eingangsanschlusses 2 auf einer positiven Spannung. Auf diese Weise fließt
der Primärstrom ID in einer solchen Richtung, daß die Eingangsgleichstromquelle 1 über
die Diode 5 geladen wird, so daß die während der AUS-Zeitdauer im Transformator 3
gespeicherte Energie als elektrische Leistung in die Eingangsgleichstromquelle 1
zurückfließt.
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Dann schaltet die Synchronisieroszillatorschaltung 6 das Schaltelement 4 an, aber
gemäß dem Weg, über welchen der Primärstrom ID fließt, tritt keine besondere
Änderung bei der Betriebsweise auf Wenn die während der AUS-Zeitdauer im
Transformator 3 gespeicherte Energie vollständig entladen ist, so daß der Primärstrom
zu null wird, fließt der Primärstrom ID entgegengesetzt zur Laderichtung des obigen Falls
von der Eingangsgleichstromquelle 1 über das bereits angeschakete Schaltelement 4. Auf
diese Weise wird ein magnetischer Fluß im Transformator 3 erzeugt, um so Energie in
diesem zu speichern.
-
In diesem Zustand wird die Polarität der in jeder der Wicklungen des
Tranformators 3 erzeugten Induktionsspannung nicht verändert, so daß die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 den AN-Zustand des Schaltelements 4 aufrechterhält
Wenn das Schaltelement 4, welches während der durch die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 festgelegten AN-Zeitdauer arbeitet, abschaltet, wird
die im Transformator 3 gespeicherte Energie in Richtung des Glättungskondensators 13
über die Hilfswicklung 3d, und als Sekundärstrom IO über die Sekundärwicklung 3c
entladen. Wenn die obigen Operationen wiederholt werden, wird die Ausgangsspannung
kontinuierlich von den Ausgangsanschlüssen 10-10' geliefert.
-
Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des Regelns der
Ausgangsspannung, so daß sie stabil ist, wird nachfolgend gegeben. Fig. 6 zeigt
verschiedene Betriebswellenformen. Nun wird angenommen, daß die AUS-Zeitdauer
(tl-t3) der Treiber-Impulswellenform VG1 in der Synchronisieroszillatorschaltung 6 TOFF
ist, und die Umkehrrichtungs-Erregungszeitdauer (t2-t3) des Transformators 3 innerhalb
TOFF T'OFF ist, während die AN-Zeitdauer von dieser (t3-t5) TON ist und die
Rückkehr-Zeitdauer (t3-t4) des Primärstroms ID innerhalb von dieser T'ON ist. Während
der Stabilisierungsoperation des Schaltnetzteils gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt
die Gleichspannung VC die Summe der Gleichstromkomponente und der
Resonanzspannung des Glättungskondensators 13 und der Streuinduktivität oder
Induktivitätselement 14; aber deren Änderung wird ausreichend klein gemacht.
Andererseits besitzt der Primärstrom ION während der AUS-Zeitdauer, d.h. der
wellenförmige Strom vom Glättungskondensator 13, einen durchschnittlichen Strom von
0 A, da die Lade- und Entladeströme einander gleich sind. Somit ist die Energie, welche
von der Sekundärwicklung 3c und von den Ausgangsanschlüssen 10-10' geliefert wird,
gleich einer Differenz zwischen der während der AN-Zeitdauer im Transformator 3
gespeicherten Energie und der während der T'ON-Zeitdauer in die
Eingangsgleichstromquelle 1 zurückgeleitete Energie.
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Andererseits ist offensichtlich, daß die Gleichspannung VC durch Gleichung (4)
dargestellt werden kann, solange die Gleichspannung VC als Ausgangsspannung ohne
Last bei der Operation des Stabilisierens der Ausgangsspannung vom Schaltnetzteil vom
regenerativen Regelungstyp genommen wird, welche als Stand der Technik erläutert
wurde. Weiter kann die Ausgangsspannung VOUT vom Schaltnetzteil, welche durch
Gleichrichten der Rücksprung- Spannung in der Sekundärwicklung 3c erzielt wird, durch
Andern der Gleichspannung VC, deren Schwankungsbreite ausreichend klein gemacht
werden kann, reguliert werden, wie beschrieben durch Gleichung (5). Sogar wenn die
Schwanuungsbreite von VC groß ist, kann die Ausgangsspannung VOUT mittels des
Durchschnittswerts von VC reguliert werden. Beispielsweise wird, wenn der
Ausgangsstrom IOUT abnimmt und die Ausgangsspannung VOUT zunimmt, die
AN-Zeitdauer des Schaltelements 11 (d.h. die AUS-Zeitdauer TOFF des Schaltelements
4) durch die Steuerschaltung 9 verlängert, und die vom Glättungskondensator 13
entladene Ladung größer ist als die hineingeladene Ladung, so daß der
Durchschnittswert des Gleichstromes VC schrittweise abnimmt. Wenn die
Gleichspannung VC abninimt, nimmt die Ausgangsspannung VOUT ebenfalls ab, und die
wänrend der AUS-Zeitdauer in der Wicklung des Transformators 3 erzeugte und an der
Wicklung anliegende Spannung VC nimmt ebenfalls ab. Somit läßt der Gradient des
Primärstroms IC ebenfalls nach, so daß die Gleichspannung VC schließlich auf einen
solchen Wert heruntergeht, daß die Ausgangsspannung VOUT zu einer vorgeschriebenen
Spannung wird.
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Als Ergebnis kann die Ausgangsspannung VOUT durch Regulieren der
AN-Zeitdauer des Schaltelements 11 stabilisiert werden. Die Gleichspannung VC zur
Korrektur der Änderung (Lastregulierung) in der Ausgangsspannung VOUT aufgrund der
Änderung im Ausgangsstrom IOUT liefert im wesentlichen eine geringere Änderung.
Somit ändert sich, wenn die AN-Zeitdauer TON festliegt, sich die AUS-Zeitdauer TOFF
fast nicht, und die Schaltfrequenz und die Änderungsbreite ΔB im magnetischen Fluß
sind ebenso annähernd feste Größen. Dieser Verlauf ist mit unterbrochenen Linien in Fig.
6 dargestellt. Die obige Anordnung dieser Ausführungsform besitzt den Vorteil, daß der
Resonanzstrom als Sekundärwicklungsstrom genommen werden kann. Zusätzlich besitzt,
auch wenn eine Dämpfüngsschaltung gegen die beim Abschalten des Schaltelements 4
erzeugte Stoßspannung erforderlich ist, die Anordnung ebenfalls den Vorteil, daß die
Anzahl der Windung in der Hilfswicklung 3d optional festgelegt werden kann und die
induzierte Spannung verändert werden kann, um die Haltespannung des Schaltelements
11, der Diode 12 und des Glättungskondensators 13 festzulegen. Es ist ebenfalls
möglich, den Ausgang parallel zum Glättungskondensator 13 zu schalten.
Ausführungsform 4
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Bezugnehmend auf die Figuren 7 und 8 wird die vierte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 7 zeigt eine Anordnung des Schaltnetzteils gemäß
der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 bezeichnen dieselben
Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 9 und werden hier nicht detailliert erläutert.
Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Gleichstromquelle; 2-2' Eingangsanschlüsse; 3 einen
Transformator mit einer Primärwicklung 3a, einer Sekundärwicklung 3c, eine
Hilfswicklung 3d und einer Vorlastwicklung 3b; 4 ein Schaltelement, welches als erste
Schalteinrichtung dient; 5 eine Diode; 6 eine Synchronisieroszillatorschaltung; 7 eine
Gleichrichterdiode; und 8 einen Glättungskondensator. Die Diode 7 und der
Glättungskondensator 8 bilden eine erste Gleichricht- und Glättungschaltung.
Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Steuerschaltung und 10-10' bezeichnen
Ausgangsanschlüsse.
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Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Schaltelement, welches als erste
Schalteinrichtung dient, welche durch die Steuerschaltung 9 an-ausgeschaltet wird.
Innerhalb der Steuerschaltung 9 sind der mit den Ausgangsanschlüssen 10-10'
verbundene Teil und der Teil zum Treiben des Schaltelements 11 voneinander getrennt.
Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gleichrichterdiode und 13 einen
Glättungskondensator. Die Gleichrichterdiode 12 und der Glättungskondensator 13
bilden eine zweite Gleichricht- und Glättungsschaltung. Bezugszeichen 17 bezeichnet
eine Streuinduktivität zwischen der Hilfswicklung 3d und der Sekundärwicklung 3c des
Transformators 3, oder ein extern angebrachtes Induktivitätselement. Der
Glättungskondensator 13 und die Streuinduktivität oder das Induktivitätselement 13
werden miteinander in Resonanz gebracht, so daß die Stromwellenform der
Gleichrichterdiode 7 sinusförmig ist. Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Kondensator,
welcher parallel zum Schaltelement 11 geschaltet ist und dazu dient, abrupte
Schwankungen bei den an Schaltelement 4 und Schaltelement 11 anliegenden
Spannungen zu begrenzen. Es wird darauf hingewiesen, daß die An-Aus-Signale in der
Steuerschaltung 9 und dem Synchronisieroszillatorschaltung 6 so festgelegt sind, daß die
Schaltelemente 4 und 11 zeitliche zusammenfallende AUS-Zeitdauern besitzen.
Bezugnehmend auf Fig. 8, welche die Wellenformdiagramme bei verschiedenen
Teilen des Schaltnetzteils zeigt, wird dessen Funktionsweise erläutert.
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In Fig. 8 zeigt (a) die Spannungswellenform VDS über das Schaltelement 4; (b)
zeigt die Wellenform des Primärstroms ID, welcher über das Schaltelement 4 oder die
Diode 5 fließt; (c) zeigt die Wellenform des Treiberimpulses VG1 für das Schaltelement 4
in der Synchronisieroszillatorschaltung 6; (d) zeigt die Wellenform des Primärstroms IC,
welcher durch das Schaltelement 11 oder die Gleichrichterdiode 12 fließt; (e) zeigt die
Wellenform des Treiberimpulses VG2 für das Schaltelement 11; (t) zeigt den
Sekundärstrom IO, welcher durch die Sekundärwiudung 3c fließt; und (g) zeigt die
Änderungen im magnetischen Fluß Φ im Transformator 3.
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Die grundlegende Funktionsweise gemäß dieser Ausführungsform ist die gleiche
wie bei der Schaltungskonfiguration gemäß der ersten Ausführungsform. Jedoch ist zu
beachten, daß beim Schaltelement 4 und dem Schaltelement 11 die AUS-Zeitdauer,
während welcher die an diesem anliegende Spannung schwankt, zeitlich zusammenfällt.
Der parallel zum Schaltelement 4 geschaltete Kondensator 15 kann ein abruptes
Ansteigen oder Abfallen der Spannungswellenform beim Abschalten oder Anschalten des
Schaltelements 4 abschwächen. Weiter tritt, da das Schaltelement 4 angeschaltet werden
kann, nachdem die im Kondensator 15 gespeicherte Energie in die
Eingangsgleichstromquelle 1 zurückgeleitet wurde, eine Einschalt-Verlustleistung des
Schaltelements 4 nicht auf Der Kondensator 16, welcher parallel zum Schaltelement 16
geschaltet ist, kann ebenfalls ein abruptes Ansteigen oder Abfallen der
Spannungswellenform beim Ausschalten oder Anschalten des Schaltelements 11
abschwächen. Weiter tritt, da das Schaltelement 11 angeschaltet werden kann, nachdem
die im Kondensator 15 gespeicherte Energie in die Eingangsgleichstromquelle 1
zurückgeleitet wurde, die Einschalt-Verlustleistung des Schaltelements 4 nicht auf
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Die Funktionsweise, abgesehen von der in der oben beschriebenen Übergangszeit
(transient time), welche vollständig gleich wie bei der dritten Ausführungsform ist, wird
hier nicht erläutert. Wenn diese Kondensatoren vorgesehen sind, schwankt die
Ausgangsimpedanz in jeder Wicklung im Transformator in der Übergangszeit (transient
time), insbesondere schwankt der anfängliche Stromwert in jeder Wicklung, wenn das
Schaltelement 4 AUS ist. Jedoch beeinflußt dies die Regelungsoperation selber
geringfügig, so daß der Resonanzstrom als Sekundärwicklungsstrom genommen werden
kann. Zusätzlich kann, da die Wellenform der am Schaltelement 4 und dem
Schaltelement 11 anliegenden Spannung nicht abrupt oder steil ist, ein Auftreten von
Rauschen eingeschränkt und die Schaltverlustleistung, welche das Schaltelement 4 und
das Schaltelement 11 betrifft, ebenfalls begrenzt werden. Weiter besitzt, auch wenn eine
Dämpfungsschaltung gegen die beim Abschalten des Schaltelements 4 erzeugte
Stoßspannung erforderlich ist, die Anordnung ebenfalls den Vorteil, daß die Anzahl der
Windung in der Hilfswicklung 3d optional festgelegt werden kann und die induzierte
Spannung verändert werden kann, um die Haltespannung des Schaltelements 11, der
Diode 12 und des Glättungskondensators 13 festzulegen. Es ist ebenfalls möglich, den
Ausgang parallel zum Glättungskondensator 13 zu schalten.
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Zusätzlich war in der ersten Ausführungsform der Glättungskondensator 13
zwischen den Eingangsanschluß 2 und die Kathode der Gleichrichterdiode 12 geschaltet,
jedoch versteht sich von selbst, daß er zwischen den Eingangsanschluß 2' und die
Kathode der Gleichrichterdiode 12 geschaltet sein kann. In der zweiten Ausführungsform
war der Kondensator 15 parallel zum ersten Schaltelement geschaltet, jedoch kann der
gleiche Effekt erzielt werden, wenn er parallel zur Primärwicklung 3a des
Transformators 3, parallel zum zweiten Schaltelement 11, oder parallel zu beiden
geschaltet ist. In der vierten Ausführungsform war der Kondensator 15 parallel zum
Schaltelement 4 geschaltet, und der gleiche Effekt kann erzielt werden, wenn er parallel
zur Primärwicklung 3a des Transformators 3 oder parallel sowohl zum Schaltelement 4
als auch der Primärwicklung 3a geschaltet ist. Weiter war in der vierten
Ausführungsform der Kondensator 16 parallel zum Schaltelement 11 geschaltet, jedoch
kann der gleiche Effekt erzielt werden, wenn er parallel zur Hilfswicklung 3d oder
sowohl dem Schaltelement 11 als auch der Hilfswicklung 3d geschaltet ist. Die
Kondensatoren 15 und 16 können auch durch parasitäre Kapazitäten der Schaltelemente
4 und 11 oder distributive Kapazitäten des Transformators 3 vorgesehen sein.
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In der ersten bis vierten Ausführungsform war die Induktivität für Resonanz auf
der Seite der Primärwicklung oder der Hilfswicklung vorgesehen, und die
Streuinduktivität oder das Induktivitätselement kann sich an einer beliebigen Position der
elektrischen Masche, welche aus den durch den Transformator 3 verbundenen
Kondensatoren 13 und 8 besteht, befinden. Weiter wurden bei der ersten bis zur vierten
Ausführungsform ein Einzelausgangstyp, bestehend aus einer einzelnen
Sekundärwicklung 3c und einer einzelnen Gleichricht- und Glättungsschaltung,
angenommen, jedoch kann ein Vielfach-Ausgangstyp, welcher aus mehreren
Sekundärwicklungen 3c und mehreren Gleichricht- und Glättungsschaltungen besteht,
verwendet werden. Weiter waren in diesen Ausführungsform das Schaltelement 4 und
das Schaltelement 11 vom selbsterregenden Typ, derart, daß ersteres durch die
Synchronisieroszillatorschaltung 6 und letzteres durch die Steuerschaltung 9
an-aus-gesteuert wird, jedoch können diese Schaltelemente von einem durch ein
beliebiges Steuerverfahren gesteuerten Typs sein.
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Wie aus der bisher erfolgten Beschreibung zu entnehmen ist, kann in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, ohne den Vorteil des regenerativen
Schaltnetzteils des Standes der Technik zu beeinträchtigen, daß die Schaltfrequenz und
die Schwankungsbreite des magnetischen Flusses sich mit der Last nur sehr geringfügig
ändern und das Nulldurchgangs-Anschalten realisiert werden kann, der Sekundärstrom
des Transformators sinusförmig gemacht werden, so daß der Abschaltstrom der mit der
Sekundärwicklungsseite verbundenen Gleichricht- und Glättungseinrichtung auf null
reduziert oder klein gemacht werden kann und die Verlustleistung oder das Rauschen in
effektiver Weise begrenzt werden. Der sinusförmige Strom kann mit minimiertem
Rauschen geliefert werden. Die Kapazität des Kondensators kann verringert werden.
Somit kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein hervorragendes
Schaltnetzteil geringer Größe, großer Ausgangsstabilität und hoher Effizienz realisiert
werden.