DE2347489C2 - Geregelte Gleichspannungsversorgungseinrichtung - Google Patents

Description

Halbleiterelementen zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß parallel zu dem Speicherkondensator ein Schalttransistor mit einem ausgangsseitig dazu angeordneten, der Glättung der Ausgangsspannung dienenden Glättungskondcnsator angeordnet ist, und daß auf der einen Seite dieser Schalttransistor über einen Baiiswiderstand derart mit dem Gleichrichterelement verbunden ist, daß er während der Sperrphase des Schwingtransistors durchgesteuert ist und während der Leitphase in Abhängigkeit von äer am Speicherkondensator anstehenden Spannung durchgesteuert bleibt, während auf der anderen Seite ein das Referenzelement enthaltender Schaltkreis vorgesehen ist, welcher das Schwingen des SperrwandJers durch Sperrung des Schwingtransistors immer dann unterbricht, wenn die am Speicherkondensator anstehende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ^;st somit die Gleichspannungsversorgungseinrichtung mit zwei getrennten Regelkreisen vorgesehen, mit welchen eine Konstanthaltung der abgegebenen Gleichspannung erreicht wird. Der eine Regelkreis wird dabei mit Hilfe eines ausgangsseitig von dem Speicherkondensator angeordneten Schalttransistors gebildet, welcher in Abhängigkeit der am Speicherkondensator anstehenden Spannung angesteuert wird. Auf der anderen Seite ist jedoch zusätzlich noch ein weiterer Schaltkreis vorgesehen, mit welchem eine Sperrung des eingangsseitig angeordneten Schwingtransistors erreicht wird, um auf diese Weise zu erreichen, daß die an dem Speicherkondensator anstehende Spannung nicht über einen bestimmten Wert ansteigen kann. Mit Hilfe der erfindiungsgemäßen Gleichspannungsversorgungseinrichtung kann somit unabhängig von der eingangsseitig zugeführten Betriebsspannung auf der Ausgangsseite ein genau konstant gehaltener Spannungswert abgegeben v/erden, so daß keine Gefahr besteht; daß die beispielsweise in integrierten Schaltkreisen vorgesehenen MOS-Halbleiterelemente durch unzulässige Spannungsschwankungen beschädigt oder in ihrem Betrieb gestört v/erden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nunmehr anhand einer Figur näher beschrieben werden.

Gemäß der Zeichnung weist die erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung eine positive Leitung 11 und eine mit Masse verbundene Leitung 12 auf, wobei es sich bei der positiven Leitung 11 beispielsweise um die 12-Volt-Leitung eines Kraftfahrzeugs handeln kann. Dabei wird zwischen einer Leitung 13 und der bereits erwähnten Leitung 12 eine negative Spannung erzeugt, mit welcher eine Last 14. beispielsweise ein elektronischer Kreis spannungsmäßig versorgt wird.

Gernäß der Pigur ist die Leitung 111 über zwei parallel angeordnete, jedoch entgegengesetzt gepolte Dioden 15,10 mit der Basiselektrode eines pnp-Schwingtransistors 16 verbunden, dessen Kollektor über eine Speicherinduktivität 17 mit der Leitung 12 verbunden ist. Die Emitterelektrode dieses Schwingtransistors 16 ist hingegen über einen Widerstand 18 und eine magnetisch mit der Speicherinduktivität 17 gekoppelte Rückkopplungswicklung 19 mit der Leitung 11 verbunden, während die Basiselektrode über einen Widerstand 21 mit der Leitung 12 verbunden ist. Der Kollektor des Schwingtransistors 16 ist über den Kathoden-Anoden-Weg einer Gleichrichterdiode 22 mit einem Speicherkondensator 23 verbunden, dessen andere Klemme zu der Leitung 12 führt. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen Gleichrichterdiode 22 und Speicherkondensator 23 ist mit dem Kollektor eines pnp-Schalttransistors 24 verbunden, dessen Emitter mit der Leitung 13 verbunden ist Zwischen den Leitungen 12 und 13 ist ein Glättungskondensator 25 vorgesehen. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen Gleichrichterdiode 22 und Speicherkondensator 23 ist fernerhin über einen Widerstand 26 mit der Basiselektrode des Schalttransistors 24 verbunden, während auf der anderen Seite diese Basiselektrode über eine aus einer Zenerdiode 27, einer Diode 28 und einem Widerstand 29 bestehende Serienschaltung mit der Leitung 12 verbunden ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen Diode 28 und Widerstand 29 ist schließlich mit dem Emitter eines pnp-Transistors 31 verbunden, dessen Basiselektrode zu der Leitung 12 führt, während der Kollektor über einen Widerstand 32 mit der Basiselektrode eines pnp-Transistors 33 verbunden ist Der Kollektor und der Emitter dieses Transistors 33 sind jeweils mit der Basiselektrode bzw. dem Emitter des Schwingtransistors 16 verbunden.

Zwischen den Leitungen 11 und 12 ist schließlich noch ein Kondensator 34 vorgesehen, mit welchem die über die Leitung 11 zugeführte Spannung geglättet wird.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist wie folgt: Beim Einschalten der Schaltanordnung ergibt sich ein Stromfluß durch die Rückkopplungswicklung 19, den Widerstand 18, die Emitterbasisstrecke des Schalttransistors 16 und den Widerstand 21, wodurch der Schalttransistor 16 eingeschaltet wird, wobei die Basisspannung durch die Diode 15 festgelegt wird. Sobald der Schalttransistor 16 leitet, ergibt sich ein Stromfluß durch die Speicherinduktivität 17, wodurch an der Rückkopplungswicklung 19 eine Spannung induziert wird, welche den Leitvorgang verstärkt, so daß der Schalttransistor 16 in die Sättigung gedrängt wird. Die Größe des über den Emitter fließenden Stromes wird dabei durch die Spannung begrenzt, die innerhalb der Rückkopplungswicklung 19 und den Widerstand 18 induziert wird, während die Größe des dem Kollektor zufließenden Stromes durch die Induktivität der Speicherwicklung 17 begrenzt wird. Die Größe des an der Basiselektrode des Schalttransistors 16 auftretenden Stromes ist dabei gleich der Differenz zwischen Emitterstrom und Kollektorstrom, wobei mit zunehmenden Kollektorstrom die Größe des der Basiselektrode zugeführten Stromes so lange reduziert wird, bis ein Punkt erreicht ist, bei welchem der Schalttransistor nicht mehr gesättigt ist, worauf der Schalttransistor relativ schnell abschaltet und der gesamte Betriebsablauf sich wieder-

so holt. Der mit Hilfe des Schwingtransistors 16 gebildete Oszillator erzeugt dabei ein Signal mit im wesentlichen rechteckförmigen Impulsen.

Sobald die am Oszillator auftretende Ausgangsspannung negativ wird, fließt ein Strom vom oberen Ende der Speicherinduktivität 17 über die Gleichrichterdiode 22 zu dem Kondensator 23, so daß derselbe geladen wird. Ein Teil dieses Stromes fließt über den Widerstand 26 und die Basisemitterstrecke des Schalttransistors 24, so daß derselbe eingeschaltet wird und auf diese Weise zwischen den Leitungen 12 und 13 die erforderliche Spannung auftritt. Wenn jedoch die Ausgangsspannung des Oszillators einen positiven Wert aufweist, erhält die Gleichrichterdiode 22 eine entgegengesetzte Vorspannung, so daß der Speicherkondensator 23 sich über den Widerstand 26 und die Basisemitterstrecke des Schalttransistors 24 entladen kann. Der Schalttransistor 24 wird dabei leitend gehalten, so daß auf diese Weise zwischen den Leitungen 12 und 13 das gewünschte Poten-

tial aufrechterhalten wird. Der vorgesehene Glättungskondensator 25 glättet dabei die zwischen den Leitungen 12 und 13 anstehende Spannung.

Der vorgesehene Oszillator arbeitet mit einem Impulsaustastverhältnis, welches sich entsprechend der an den Leitungen 12 und 13 liegenden Last 14 verändert. Solange der über die Leitungen 12, 13 abgegebene Strom gering ist und der Oszillator einen negativen Ausgangsimpuls erzeugt, tritt eine erhebliche Spannung an dem Speicherkondensator 23 auf, wobei die Zeit, während welcher die im Umformer gespeicherte Energie abfließt, erheblich kürzer ist als in dem Fall, wenn die am Speicherkondensator 23 anstehende Spannung einen niedrigeren Wert aufweist.

Während negativer Spannungsimpulse ist die Zener- is diode 27 normalerweise leitend, so daß ein geringer Stromfluß über den Widerstand 29 zustandekommt. Dieser Stromfluß ist jedoch nicht ausreichend, um den Transistor 31 durchzuschalten, es sei denn, daß die an dem Speicherkondensator 23 anstehende Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, was dann zur Folge hat, daß die Leitfähigkeit durch die Zenerdiode 27 bis auf einen Wert ansteigt, bei welchem der Transistor 31 leitend wird. Sobald der Transistor 31 in seinen leitfähigen Zustand gelangt, bewirkt der sich ergebende KoI-lektorstrom über den Widerstand 32 ein Abschalten des Transistors 33, mit welchem die Basis-Emitterstrecke des Schwingtransistor 16 derart kurzgeschlossen wird, daß der Oszillator seinen Betrieb einstellt

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

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spannungswandler erweisen sich jedoch in vielen Fällen

Patentanspruch: als schaltungsmäßig zu aufwendig.

Zur Gleichspannungswandlung sind somit bereits so-

Geregelte Gleichspannungsversorgungseinrich- genannte Sperrwandler bekannt, bei welchen mit Hilfe tung mit einem selbsttätig schwingenden, invenie- 5 eines zyklisch sich öffnenden und schließenden Schalrenden Sperrwandler, bestehend aus einer zwischen ters eine Speicherinduktivität aufgeladen wird, deren Versorgungsspannung und Bezugspotential liegen- Energie bei geöffnetem Schalter über eine Diode einem den Serienschaltung eines Schwingtransistors und Speicherkondensator zugeführt wird (sh. beispielsweise einer Speicherinduktivität, einem am Verbindungs- Zeitschrift »Electronics«, 18. April 1966, S. 90—92). Der punkt des Schwingtransistors und der Speicherin- io die Speicherinduktivität speisende, zyklisch betätigbare duktivität angeschlossenen Gleichrichterelement, ei- Schalter wird dabei durch einen Transistor gebildet, nem zwischen Gleiehrichterelement und Bezugspo- welcher Teil eines Blockieroszillators ist Um bei einem tential liegenden Speicherkondensator, einer der derartigen Gleichspannungswandler eine Regelung der Ansteuerung des Schwingtransistors dienenden ma- am Speicherkondensator abnehmbaren Spannung zu gnetisch mit der Speicherinduktivität gekoppelten 15 erreichen, ist innerhalb des Speisekreises der Speicher-Rückkopplungswicklung, einer Startschaltung sowie induktivität eine veränderliche Impedanz in Form eines einem der Ansteuerung des Schwingtransistors im weiteren Transistors vorgesehen, welcher über eine Ze-Sinne einer Regelung der Au:gangsspannung beein- nerdiode von der am Speicherkondensator anstehenden flussenden Referenzelement, beispielsweise in Form Spannung her angesteuert ist

einer Zenerdiode, dadurch gekennzeich- 20 Es ist fernerhin ein Gleichspannungswandler mit drei net, daß parallel zu dem Speicherkondensator (23) magnetisch miteinander gekoppelten Wicklungen beein Schalttransistor (24) mit einem ausgangsseitig kannt (sh. Zeitschrift »Elctronics«, 23. März 1964, S. 71), dazu angeordneten, der Glättung der Ausgangs- bei welchem auf der Ausgangsseite des Sperrwandlers spannung dienenden Glättungskondensator (25) an- ein weiterer Transistor angeordnet ist von welchem aus geordnet ist und daß auf der einen Seite dieser 2s zwei auf der Eingangsseite des Sperrwandlers angeord-Schalttransisror (24) über einen Basiswiderstand (26) nete Zenerdioden derart beaufschlagt werden, daß eine derart mit dem Gleiehrichterelement (22) verbunden Sperrung des Oszillators erfolgt sobald die am Speiist, daß er während der Sperrphase des Schwingtran- cherkondcnsator anstehende Spannung einen bestimmsistors (16) durchgesteuert ist und während der ten Wert überschreitet.

Leitphase in Abhängigkeit von der am Speicherkon- 30 Die bekannten Gleichspannungswandler der oben densator (23) anstehenden Spannung durchgesteuert genannten Art haben jedoch den Nachteil, daß der erbleibt, während auf der anderen Seite ein das Refe- zielbare energetische Wirkungsgrad bei der Gleichrenzelement (27) enthaltender Schaltkreis (27—33) Spannungsumsetzung vielfach nicht besonders gut ist, vorgesehen ist, welcher das Schwingen des Sperr- weil ein Teil der zügeführten Energie in vorzusehenden wandlers durch Sperrung des Schwingtransistors 35 Widerständen in Wärme umgesetzt wird, während auf (16) immer dann unterbricht wenn die am Speicher- der anderen Seite die Spannungskonstanz der am Speikondensator (23) anstehende Spannung einen vorge- sekondensator abnehmbaren Gleichspannung zu wüngebenen Wert überschreitet. sehen übrig läßt In diesem Zusammenhang sei erwähnt,

daß derartige Gleichspannungswandler heutzutage viel-

40 fach als Stromversorgungseinheiten für die verschiedenen Steuer- und Regelkreise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, welche bekanntlich in den meisten Fällen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gere- mit integrierten Halbleiterschaltungen mit MOS-HaIbgelte Gleichspannungsversorgungseinrichtung mit ei- leiterelementen versehen sind. Da derartige MOS-HaIbnem selbsttätig schwingenden, invertierenden Sperr- 45 lehrelemente mit einer genau vorgegebenen Speisewandler, bestehend aus einer zwischen Versorgungs- spannung betrieben werden müssen, auf der anderen spannung und Bezugspotential liegenden Serienschal- Seite jedoch die in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung tung eines Schwingtransistors und einer Speicherinduk- stehende Batteriespannung starken Fluktuationen austivität, einem am Verbindungspunkt des Schwingtransi- gesetzt ist indem dieselbe beispielsweise während des stors und der Speicherinduktivität angeschlossenen 50 Startvorgangs relativ stark abfällt während auf der an-Gleichrichterelement einem zwischen Gleichrichterele- deren Seite bei korrodierten Batterieklemmen oder bei ment und Bezugspotential liegenden Speicherkonden- einem fehlerhaften Spannungsregler sehr viel höhere sator, einer der Ansteuerung des Schwingtransistors Betriebsspannungen kurzzeitig auftreten können, müsdienenden magnetisch mit der Speicherinduktivität ge- sen die in diesem Zusammenhang verwendeten Gleichkoppelten Rückkopplungswicklung, einer Startschal- 55 spannungswandler in der Lage sein, eine sehr genaue tung sowie einem der Ansteuerung des Schwingtransi- Gleichspannungsregelung vorzunehmen, um eine Zerstors im Sinne einer Regelung der Ausgangsspannung störung der an sich sehr empfindlichen integrierten beeinflussenden Referenzelement, beispielsweise in Schaltungen zu vermeiden.

Form einer Zenerdiode. Ausgehend von dem zuerst genannten Stand der Eine Gleichspannungsumwandlung kann beispiels- 60 Technik ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfinweise dadurch vorgenommen werden, indem die züge- dung, die geregelte Gleichspannungsversorgungseinführte Gleichspannung beispielsweise mit Hilfe eines richtung der eingangs genannten Art dahingehend weigesteuerten Halbleiterelementes zerhackt bzw. in ein terzubilden, daß bei zufriedenstellendem Umsetzungs-Sinussignal umgeformt wird, das in der Folge mit Hilfe wirkungsgrad unabhängig von dem eingangsseitig zueines Transformators spannungsmäßig hoch- oder her- 65 geführten Spannungswert eine genau definierte Ausuntergewandelt wird, worauf schließlich mit Hilfe eines gangsspannung abgebbar ist, um auf diese Weise einen Gleichrichters eine erneute Gleichrichtung mit anschlie- störungsfreien Betrieb von beispielsweise in Kraflfahrßender Glättung vorgenommen wird. Derartige Gleich- zeugen eingebauten integrierten Schaltungen mit MOS-