DE3136035A1

DE3136035A1 - Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE3136035A1
Application number: DE19813136035
Authority: DE
Inventors: Joseph Fairfield Conn. Pernyeszi
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1980-09-22
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1982-04-08
Also published as: ES505699A0; BE890441A; US4333133A; ES8207395A1

Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Kurze Straße 8
7000 Stuttgart 30

J.Pernyeszi 6

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Gleichspannungswandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Stromversorgung von Schaltungen im Zuge von Fernmeldeleitungen ist es oftmals so, daß die Speisung über große Impedanzen erfolgt. Die Impedanzen können real, reaktiv oder eine Kombination aus beiden sein. Die Stromversorgung kann ein getakteter Wandler sein. Die entstehende Verlustleistung bei ohmschen Impedanzen sollte wegen der steigenden Energiekosten vermieden oder zumindest reduziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler mit einer Schaltung anzugeben, die dem Anschluß des Wandlers an beliebige Impedanzen erlaubt, die je nach Betriebszustand auch wechseln können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel gelöst. Weiterbildungen können den Unteranssprüchen entnommen werden.

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08.09.1981

3 Td b U ό b

J.Pernyeszi 6

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Gleichspannungswandlers mit der Schaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine äquivalente Schaltung zum Blockschaltbild gemäß Fig. 1;

Fig. 3 bis 5

Blockschaltbilder von Verstärkern mit bestimmten Phasenverschiebungen.

In Fig. 1 ist ein Gleichspannungswandler 1 dargestellt, dessen Eingang mit einer Gleichspannungsquelle + DC verbunden ist und in dessen Ausgangsleitung ein Widerstand R angeordnet ist. Mit dem Widerstand R wird der Ausgangsstrom des Wandlers 1 erfaßt. Die Ausgangsspannung ist mit U bezeichnet. Die vom Widerstand R abgegriffene Spannung wird einer Schaltung 2 zugeführt, dort verstärkt und mit einer bestimmten Phasenverschiebung versehen, um eine Regelspannung Ü_T zu erhalten, die direkt dem Wandler 1 zum Steuern seiner Ausgangsspannung oder über einen Summierverstärker 3 zugeführt werden kann. Der Summierverstärker 3 vereinigt die Regelspannung mit einem unabhängigen Steuersignal zum Anpassen an die Impedanz, die vom Betriebszustand- Rufsignal oder Sprache -abhängt.

Das Ergebnis ist ein Gleichspannungswandler mit einer festen Ausgangsspannung, egal welche Impedanz angeschlossen ist, wobei die Anpassung an die jeweilige Impedanz durch das Steuersignal erfolgt, dessen Wert vom Rufsignal oder der Sprache abhängt.

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Da der Gleichspannungswandler einen hohen Wirkungsgrad aufweist, ist die Verlustleistung sehr gering, sogar wenn in Reihe mit dem Ausgang eine große ohmsche Impedanz liegt.

Die Ausgangsspannung der Schaltung ist:

π = IK e^j*

I ο

wobei I = der erfaßte Ausgangsstrom des Wandlers 1,

K e-³ = K der Schaltung 2,

K = der Verstärkungsfaktor der Schaltung 2,

e = die Basis des natürlichen Logarithmus = 2,71828,

j = (-D^1/2 und

φ = der Phasenverschiebung der Schaltung 2 ist.

Die Ausgangsspannung des Wandlers ist:

U₀ = -A (U_n+U₁)
= -A (U₁₃ + IKe^]?)

= -AU„ - AK e^*I
R O

wobei A = die Transferfunktion des Wandlers 1,

U„ = das Steuersignal
n

"i<t>
AK e^jr = Z = die Impedanz der Schaltung 2 ist.

Die der Schaltung gemäß Fig. 1 und diesen Gleichungen äquivalente Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Aus den Gleichungen ist ersichtlich, daß die Impedanz Z von den Schaltkreisparametern abhängt und auf jeden Wert eingestellt werden kann. Dies schließt die Werte der Größe und

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- y-C.

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des Phasenwinkels der Impedanz ein. Die Schaltung gemäß Fig. 1 hat einen guten Wirkungsgrad, da der-Wandler sehr wenig Verluste aufweist und der Widerstand R sehr klein, etwa 1& , gewählt werden kann. Die Ausgangsspannung O5 kann mit U eingestellt werden. Dies alles bedeutet, die

XV

Schaltung gemäß Fig. 1 ein Verstärker mit beliebigem Quellenwiderstand ist.

Die Schaltung 2 kann auf verschiedene Weise realisiert werden. In den Fig. 3 bis 5 sind drei Beispiele dargestellt.

Der Differenzverstärker 4 in Fig. 3 ist mit zwei Widerständen R- und R₂ und einem Kondensator C beschaltet. Der Wert für K ergibt sich für diesen Fall aus der folgenden

Gleichung: _p „ 1

_K __ 2^AjWC

^R1 = - #2 ^Λ

für Frequenzen

K - - §2. „

JWR₂C 1

JWR₁ macht die Impedanz Z induktiv.

Der in Fig. 4 dargestellte Differenzverstärker 5 mit seiner Beschaltung aus drei Widerständen und einem Kondensator erzeugt eine kapazitive Impedanz.

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Der in Fig. 5 dargestellte Differenzverstärker 6 mit seiner Besehaltung aus zwei Widerständen erzeugt keine Phasenverschiebung und daher ergibt sich eine ohmsche Impedanz.

Ks ist möglich eine nichtlineare Rückführung zu benutzen, um die Größe und/oder den Phasenwinkel der Impedanz Z vom Ausgangspegel abhängig zu machen. Zum Beispiel kann die Impedanz Z für kleine Ausgangsströme als eine Drossel und für hohe Ausgangsströme als ein Kondensator wirken.

Bei Anwendung in Fernsprechaniagen kann der Ausgang während des Rufens ohmsch und während des Gesprächs induktiv wirken. Die Impedanz Z kann in Abhängigkeit von der Frequenz geändert oder synthetisiert werden.

Wird der Verstärker 6 in der Schaltung gemäß Fig. 1 mit einem Steuersignal U_D als Rufsignal eingesetzt, dann ergibt sich eine ohmsche Impedanz. Wenn das Steuersigna.1 U_ in eine Sprechfrequenz wechselt, dann ergibt sich eine

induktive Impedanz.

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Claims

• O » ■

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Kurze Straße 8
Stuttgart 30

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Patentansprüche

( 1.jGleichspannungswandler mit einer Schaltung, die die feste Ausgangsspannung des Wandlers in Reihe mit einer willkürlich gewählten Impedanz beliebiger Größe und Phasenwinkel legt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers (1) erfaßt, verstärkt und mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung versehen wird, um eine Regelspannung zu erhalten, die die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (1) regelt.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung mit einem Steuersignal (U_.) zur Anpassung an verschiedene Impedanzen kombiniert wird.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Ausgangsstromes in der Ausgangsleitung des Gleichspannungswandlers (1) ein Widerstand (R) vorgesehen ist.
4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) niederohmig ist.

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5. Gleichspannungswandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) einen Wert von etwa ISl aufweist.
6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung und Phasenverschiebung durch einen Verstärker (4,5^6) erfolgt.
7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verstärker (4,5^) und dem Eingang (A) für die Regelspannung eine Summierschaltung in Form eines Summierverstärkers (3) vorhanden ist.
8. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker . (4,5,6) eine bestimmte Phasenverschiebung zum Anschluß einer induktiven oder

· kapazitiven Impedanz aufweist. -.
9. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (6) zum Anschluß einer ohmschen Impedanz keine Phasenverschiebung aufweist.

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