DE2854410A1

DE2854410A1 - Gleichspannungsregler

Info

Publication number: DE2854410A1
Application number: DE19782854410
Authority: DE
Inventors: Akio Koizumi; Hiroshi Nakazawa; Mitsuo Ohsawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1978-12-16
Publication date: 1979-06-21
Also published as: GB2010605B; US4236198A; AU4252478A; FR2412114A1; AU527701B2; NL7812183A; CA1130857A; GB2010605A; FR2412114B1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Gleichspannungsregler und insbesondere auf einen Gleichspannungsregler, dessen Leistungsverbrauch durch einen Anlaßwiderstand für einen Irapulsbreiteninodulator im stationären Zustand verringert und dessen Wirkungsgrad dadurch verbessert wird.

Wenn bei einem bekannten Gleichspannungsregler der Netzschalter eingeschaltet wird, kann ein übermäßiger Stromstoß auftreten, der in den Regler gelangt, so daß die Gleichrichterdioden beschädigt werden. Um dies zu vermeiden, wurde, wie Fig. 1 zeigt, ein Gleichspannungsregler vorgeschlagen, bei dem z.B. ein Widerstand an der Ausgangsseite des Gleichrichterkreises vorgesehen ist, um einen Stromstoß zu vermeiden. Der Widerstand wird durch einen Schalter zugeschaltet oder abgetrennt, und ein·.Impulsbreitenmodulator wird über einen Anlaßwiderstand beim Einschalten mit Spannung versorgt, während er im stationären Zustand mit einer Gleichspannung, die daraus erzeugt und dann geglättet wird, über die Tertiärwicklung eines Transformators gespeist wird. Dies bedeutet, daß, wie Fig. 1 zeigt, ein Netzstecker 1, der mit einer handelsüblichen Netzspannung versorgt wird, über einen Netzschalter 2 und eine Netzsicherung 3 mit einem Gleichrichterkreis verbunden ist, dessen Ausgangsseite über einen Stromstoßschutzwiderstand 5 und die Primärwicklung 6a eines Schalttransformators 6, der einen Magnetkern aufweist, mit dem Kollektor eines Schalttransistors 7 verbunden ist, dessen Emitter geerdet und dessen Basis mit einem Impulsbreitenmodulator 8 verbunden ist, um mit einem impulsbreitenmodulierten (PDM)-Signal von diesem verscagt zu werden. Ein Schalter 9 ist parallel zum Widerstand 8 geschaltet. Der Schalter 9 wird geöffnet, um den Widerstand 5 zuzuschalten, wenn der Netzschalter 2 geschlossen wird, und wird geschlossen, um den Widerstand 5 abzutrennen, wenn der stationäre Zustand er-

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reicht ist. Der Ausgangsanschluß des Widerstandes 5 ist über die Reihenschaltung eines Anlaßwiderstandes 10 und eines Kondensators 11 geerdet. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 10 und des Kondensators 11 ist mit dem einen Eingang des Impulsbreitenmodulators 8 verbunden, um diesem einen Anlaßstrom zuzuführen und den Betrieb des Reglers einzuleiten. Der Kondensator 11 dient dazu, das Tastverhältnis des PDM-Ausgangssignals des Impulsbreitenmodulators 8 am Beginn der Energiezufuhr durch allmähliche Erhöhung der Spannung über dem Kondensator 11 zu erhöhen, so daß der Kondensator

11 als "soft start"-Kondensator bezeichnet werden kann. Ein Gleichrichterkreis 12 ist über die. Sekundärwicklung 6b des Schalttransoformators 6 geschaltet, um eine stabile Gleichspannung für eine Last (nicht gezeigt) in Abhängigkeit von dem Schaltbetrieb des Schalttransistors zu erzeugen. Eine Relaiswicklung 13 ist mit der Ausgangsseite des Gleichrichterkreises 12 verbunden, um vom Ausgangssignal des Gleichrichterkreises 12 erregt zu werden und den Relaisschalter 9 zu öffnen oder zu schließen. Der Schalttransformator 6 hat eine Tertiärwicklung 6C, deren eines Ende geerdet und deren anderes Ende mit der Eingangsseite eines Gleichrichterkreises 14 verbunden ist. Die auf der Ausgangsseite des Gleichrichterkreises 14 auftretende Gleichspannung wird dem Eingang des Impulsbreitenmodulators 8 im stationären Zustand als Versorgungsspannung zugeführt. Das andere Ende der Tertiärwicklung 6C des Transformators 6 ist auch über einen Gleichrichterkreis 15 mit einem Einsteilwiderstand 16 zur Einstellung der vom Gleichrichterkreis 15 auf den Impulsbreitenmodulator 8 gegebenen Spannung verbunden. An der Ausgangsseite des Einstellwiderstandes 16 wird eine Vergleichsspannung erhalten, die der auf der Ausgangsseite des Gleichrichterkreises

12 erhaltenen Gleichspannung entspricht. Diese Vergleichsspannung wird dem anderen Eingang des Impuls-

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breitenmodulators 8 zum Vergleich mit einer Bezugsspannung zugeführt. Der Impulsbreitenmodulator 8 erzeugt daher auf der Grundlage einer Vergleichsfehlerspannung ein PDM-Signal, das auf die Basis des Schalttransistors 7 gegeben wird, so daß dessen Einschaltzeit gesteuert wird und der Gleichrichterkreis 12 an seiner Ausgangsseite eine stabile Gleichspannung erzeugt.

Bei dem in der obigen Weise aufgebauten Regler wird der Relaisschalter 9 geöffnet, der Netzschalter 2 geschlossen, danach wird der Schalttransistor 7 mit dem PDM-Signal des Impulsbreitenmodulators 8' versorgt, um den Schaltvorgang durchzuführen, und daraufhin wird eine stabilisierte Ausgangsgleichspannung auf der Ausgangsseite des Gleichrichterkreises 12 erhalten. Nachdem dem Regler elektrische Energie zugeführt wurde, wird die Relaiswicklung 13 erregt und damit wird der Relaisschalter 9 geschlossen. Der Widerstand 5 wird somit kurzgeschlossen und damit wird jeder Leistungsverbrauch durch den Widerstand 5 vermieden, sobald der stationäre Zustand erreicht ist. Bei dem bekannten Regler ist jedoch der Anlaßwiderstand 10 stets in den Versorgungskreis des Impulsbreitenmodulators 8 geschaltet, so daß der Leistungsverbrauch durch diesen Widerstand 10 im stationären Zustand zu einem Problem wird, nämlich daß der Wirkungsgrad des Reglers erheblich verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen Gleichspannungsregler zu schaffen, der zur Erhöhung des Wirkungsgrades über einen Anlaßkreis mit verringertem Leistungsverbrauch anläuft und bei dem ein Relais zur Steuerung des Anlaßkreises verwendet ist.

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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 teilweise in Blockformat ein Beispiel eines bekannten Gleichspannungsreglers,

Figur 2 teilweise in Blockformat ein Schaltbild des Reglers der Erfindung, und

Figur 3 teilweise in Blockformat das Schaltbild eines weiteren Beispiels der Erfindung.

Es wird nun ein Beispiel des Gleichspannungsreglers der Erfindung anhand der Fig* 2 beschrieben, in der Teile entsprechend denen der Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind; diese Teile werden nicht mehr im einzelnen beschrieben.

Bei dem Beispiel der Erfindung in Fig. 2 ist ein Festkontakt a des Relaisschalters 9 mit dem Verbindungspunkt des Ausganges des Gleichrichterkreises 4 und einem Ende des Stromstoßschutzwiderstandes 5 verbunden. Der andere Festkontakt b des Relaisschalters 9 ist über einen Anlaßwiderstand 10 mit dem Eingang des Impulsbreitenmodulators 8 verbunden. Der Arbeitskontakt c des Relaisschalters 9 ist mit dem Verbindungspunkt des anderen Endes des Stromstoßschutzwiderstandes 5 und dem Eingang der Primärwicklung 6A des Schalttransformators 6 verbunden. Beim Anlaufen wird somit der Anlaßwiderstand 10 in den Stromweg vom Gleichrichterkreis 4 zum Impulsbreitenmodulator 8 geschaltet, während im stationären Zustand nefch

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Beginn des Schaltbetriebs der Stromweg über den Anlaßwiderstand 10 geöffnet wird. Der übrige Schaltungsaufbau des Beispiels der Fig. 2 ist im wesentlichen gleich dem des bekannten Reglers in Fig. 1.

Wenn bei dem Regler der Fig. 2 der Arbeitskontakt c des Relaisschalters 9 auf den Festkontakt b geschaltet wird, wie Fig. 2 zeigt, und der Netzschalter 2 geschlossen wird, wird die Gleichspannung des Gleichrichterkreises 4 über den Stromstoßschutzwiderstand 5 und die Primärwicklung 6A des Transformators 6 auf den Kollektor des Schalttransistors 7 und über den Anlaßwiderstand 10 auf die Eingangsseite des Impulsbreitenmodulators 8 gegeben. Der Impulsbreitenmodulator 8 arbeitet somit in Abhängigkeit von dem Anlaßstrom und bringt somit den Schalttransistor 7 in den Einschaltzustand. Der Impulsbreitenmodulator 8 gibt daher das PDM-Signal, das aus den jeweiligen Signalen erhalten wird, die von der Sekundär- und Tertiärwicklung 6B und 6C des Schalttransformators 6 abgegeben werden, auf die Basis des Schalttransistors 7, so daß dieser mit dem Schaltbetrieb beginnt. Wenn der Schaltbetrieb begonnen hat, wird die Relaiswicklung 13 durch das Ausgangssignal des Gleichrichterkreises 12 erregt und der Arbeitskontakt c des Relaisschalters 9 wird daher auf den Festkontakt a geschaltet, um den Stromstoßschutzwiderstand 5 kurzzuschließen und auch den Kreis des Anlaßwiderstandes 10 zu öffnen. Danach wird die Spannung des Kondensators 11, der über den Gleichrichterkreis 14 geladen wird, auf den Impulsbreitenmodulator 8 als Spannungsquelle gegeben, um den stationären Zustand aufrecht zu erhalten.

Bei dem in dieser Weise aufgebauten Regler wird der An-laßwiderstand für den Impulsbreitenmodulator bei Zufuhr der Netzspannung in den AnlaufStromweg eingeschaltet, während er im stationären Zustand nach Beginn des Schalt-

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Vorganges abgetrennt wird, so daß ein unnötiger Leistungsverbrauch durch den Anlaßwiderstand im stationären Zustand vermieden und daher der Wirkungsgrad des Reglers erheblich verbessert werden kann.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Teile, die denen der Fig. 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind und im einzelnen nicht mehr beschrieben werden.

Bei dem Beispiel der Fig. 3 ist ein Schutzkreis vorgesehen, der z.B. einen Überstromdetektorkreis 17 wie einen Widerstand 20, der zwischen den Emitter des Schalttransistors 7 und den Bezugspunkt geschaltet ist, und einen Haltekreis 21 aufweist, der das Ausgangssignal des Detektors 17 speichert. Der Haltekreis 2.1 wird mit der Spannung des Kondensators 1.1 versorgt, um zu vermeiden, daß, selbst wenn der Schalttransistor 7 bei einer Überlastung mit seinem Schaltvorgang aufhört, der Relaisschalter 9 eine willkürliche Lage einnimmt. Die Ausgangsseite des Haltekreises 21 ist mit dem einen Eingang eines UND-Glieds 1 8 verbunden, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 8 zugeführt wird. Um sicherzustellen, daß der Haltekreis 21 von der Spannung des Kondensators 11 über den Anlaßwiderstand 10 ausreichend angesteuert wird, ist der Verbindungspunkt dazwischen mit der Eingangsseite des Haltekreises 21 verbunden. Außerdem ist ein Rückstellimpulsgenerator 22 vorgesehen, der dem Haltekreis 21 in Abhängigkeit vom Einschaltzustand des Netzschalters 2 einen Rückstellimpuls zuführt. Die Eingangsseite des Rückstellimpulsgenerators 22 ist mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 10 und des Kondensators 11 verbunden. Die Ausgangsseite des Rückstellimpulsgenerators 22 ist mit der Eingangsseite des Haltekreises 21 verbunden, wie zuvor erläutert wurde. Das Ausgangssignal

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des UND-Glieds 18 wird über einen Treiberkreis 19 auf die Basis des Schalttransistors 17 gegeben und ein weiterer Eingang des Treiberkreises 19 wird mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 10 und des Kondensators 11 verbunden. Das Ausgangssignal des Gleichrichterkreises 12, der das Impulssignal gleichrichtet, das an der Sekundärwicklung 6B des Schutztransformators 6 erscheint, wird über einen Spannungsdetektorkreis 2 3 und einen Isolator 24 auf den Impulsbreitenmodulator 8 gegeben. Der übrige Schaltungsaufbau des Beispiels in Fig. 3 ist mit Ausnahme kleinerer Abweichungen im wesentlichen gleich dem der Fig. 2.

Selbst wenn bei dem Beispiel der Fig. 3 der Überstromdetektor 17 aus irgendwelchen Gründen während des Betriebs des Reglers betätigt wird, wird das Ausgangssignal des Uberstromdetektors 17 vom Haltekreis 21 der nächsten Stufe gehalten, dem die Spannung des geladenen Kondensators 11 zugeführt wird, so daß das UND-Glied 18 im geschlossenen Zustand bleibt. Das PDM-Signal des Impulsbreitenmodulators 18 wird daher nicht auf die Basis des Schalttransistors 7 über das UND-Glied 18 und den Treiberkreis 19 gegeben. Selbst wenn der Regler seinen Anlaufbetrieb nicht wiederholt, wird ein anormaler Betrieb wie der, daß der Schaltkontakt a des Relaisschalters 9 eine willkürliche Lage einnimmt, vermieden. Wenn der Netzschalter 2 geöffnet und dann wieder geschlossen wird, gibt der Rückstellimpulsgenerator 22 einen Rückstellimpulsauf den Haltekreis 21. Der Haltekreis 21 wird dadurch zurückgestellt.

Bei dem Beispiel der Fig. 3 ist der Haltekreis in der Ausgangsstufe des Uberstromdetektors vorgesehen, um den anormalen Zustand und den Schaltbetrieb im unterbrochenen Zustand aufrecht zu erhalten, bis ein

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sicherer Betrieb möglich ist, so daß ohne Verringerung des Wirkungsgrades der anormale Betrieb vermieden und der Regler stoßfrei seinen Betrieb beginnen kann.

Bei dem obigen Beispiel ermittelt der Schutzkreis einen überstrom, es ist jedoch offensichtlich, daß er auch mit den gleichen Wirkungen eine Überspannung ermitteln kann.

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Claims

Ansprüche

'Gleichspannungsregler mit einer Gleichspannungsquelle mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, einem Stromstoßschutzwiderstand, einem Schalttransformator mit Primärr, Sekundär- und Tertiärwicklung und einem Magnetkern, einem Schalttransistor mit einer Steuerelektrode, dessen Hauptstrompfad in Reihe mit der Primärwicklung und dem Stromstoßschutzwiderstand zwischen den ersten und zweiten Anschluß geschaltet ist, einem ersten Gleichrichterkreis, der über die Sekundärwicklung geschaltet und mit einer Last verbindbar ist, einem Impulsbreitenmodulator, dem das Ausgangssignal des Gleichrichterkreises zugeführt wird, um ein impulsbreitenmoduliertes (PDM)-Steuersignal zu erzeugen, dessen Tastverhältnis der Spannung des Gleichrichterkreises proportional ist, einem Verbindungskreis, um das PDM-Steuersignal der Steuerelektrode des Schalttransistors zuzuführen, und einem Anlaufkreis, um den Impulsbreitenmodulator anlaufen zu lassen, wobei der Anlaufkreis aus der Reihenschaltung eines Anlaßwiderstandes und eines Kondensators besteht,

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deren Verbindungspunkt mit dem Impulsbreitenmodulator verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis, um den Stromstoßschutzwiderstand mit der Reihenschaltung des Anlaßwiderstandes und des Kondensators in Reihe zu schalten, wenn der Regler zu arbeiten beginnt, und den Stromstoßschutzwiderstand von der Reihenschaltung zu trennen, wenn der Regler angelaufen ist, einen Detektorkreis zur Ermittlung der Spannung der Tertiärwicklung des Schalttransformators, einen zweiten Gleichrichterkreis, um das Ausgangssignal des Detektorkreises gleichzurichten, und einen Verbindungskreis, um das Ausgangssignal dieses Gleichrichterkreises dem Verbindungspunkt des Anlaßwiderstandes und des Kondensators als Gleichspannungsquelle des Impulsbreitenmodulators zuzuführen.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis aus einem Relais mit einem ersten und einem zweiten Festkontakt, einem Arbeitskontakt und einer Relaiswicklung besteht, dessen erster Festkontakt mit dem Verbindungspunkt des ersten Anschlusses der Gleichspannungsquelle und dem einen Ende des Stromstoßschutzwiderstandes, dessen zweiter Festkontakt mit dem freien Ende des Anlaßwiderstandes und dessen Arbeitskontakt mit dem anderen Ende des Stromstoßschutzwiderstandes verbunden und dessen Relaiswicklung mit dem Ausgangssignal des ersten Gleichrichterkreises versorgt wird, um den Arbeitskontakt wahlweise mit dem ersten oder zwei-fcen Festkontakt in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des ersten Gleichrichterkreises zu verbinden.
3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Relaiswicklung zwischen den Ausgang des ersten Gleichrichterkreises und einen Bezugspunkt geschaltet ist.

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4. Regler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Überstromdetektorkreis zur Ermittlung eines durch die Primärwicklung fließenden Überlaststroms, wenn die Lastimpedanz abnimmt, einen Haltekreis, um das Ausgangssignal des überstromdetektorkreises zu halten, und eine Torschaltung, die das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators und des Haltekreises zugeführt wird, um kein PDM-Steuersignal der Steilerelektrode des Schalttransistors im Überlastungszustand zuzuführen.
5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Haltekreis von dem zweiten Gleichrichterkreis mit Gleichspannung versorgt wird.
6. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung ein UND-Glied aufweist.
7. Regler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Treiberkreis, der zwischen die Steuerelektrode des Schalttransistors und den Ausgang des UND-Gliedes geschaltet ist.

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