DE4321060A1 - AC to DC converter - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstrom-Gleichstrom- Wandler, welcher so ausgelegt ist, daß er einen verbessertem Leistungsfaktor er zielt, und dabei die Erzeugung von Spannungsstörungen und Oberschwingungen in den Versorgungsleitungen minimiert.The present invention relates to an AC-DC Converter, which is designed so that it has an improved power factor aims, and thereby the generation of voltage disturbances and harmonics minimized in the supply lines.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. 360275/1992 hat der Erfinder einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler vorgeschlagen, bei dem ein Abwärts-Gleich strom-Gleichstrom-Wandler zwischen Ausgangsklemmen eines Gleichrichters an geschlossen ist, der sich an der Eingangsseite des Wechselstrom-Gleichstrom- Wandlers befindet, wodurch ein verbesserter Leistungsfaktor erzielt wird.In Japanese Patent Application No. 360275/1992, the inventor has one AC-DC converter proposed using a step-down DC current-to-DC converter between output terminals of a rectifier is closed, which is located on the input side of the AC-DC Converter is located, whereby an improved power factor is achieved.
Der vorgeschlagene Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler ist so ausgelegt, daß sein Leistungsfaktor verbessert wird, und zwar dadurch, daß Ausgangsstrom des Gleichrichters, oder Eingangsstrom des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers fließen kann, während die Ausgangsspannung des Gleichrichters höher ist als die Spannung zwischen den Klemmen eines Ausgangskondensators des Gleichstrom- Gleichstrom-Wandlers.The proposed AC-DC converter is designed so that its power factor is improved by the fact that the output current of the Rectifier, or input current of the AC-DC converter can flow while the output voltage of the rectifier is higher than that Voltage between the terminals of an output capacitor of the direct current DC converter.
In Fig. 8 der beigefügten Zeichnungen ist ein Schaltplan dargestellt, der ein Bei spiel des in der obengenannten japanischen Patentanmeldung vorgeschlagenen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers zeigt, worin die Primärwindung n31 eines Umspanntransformators T31 und ein erster Schalttransistor Q31 miteinander über Ausgangsklemmen eines Gleichrichters 31 in Reihe geschaltet sind; und wo bei eine Gleichrichtungs-Glättungsschaltung, die aus einer Gleichrichterdiode D31, einer Schwungraddiode D32, einer Drosselspule L31 und einem Glättungs kondensator C31 besteht, mit der Sekundärwindung n32 eines Umspanntransfor mators T31 verbunden ist.In Fig. 8 of the accompanying drawings, there is shown a circuit diagram showing an example of the AC-DC converter proposed in the above Japanese patent application, wherein the primary winding n31 of a transformer T31 and a first switching transistor Q31 are connected in series with each other through output terminals of a rectifier 31 are switched; and where in a rectification smoothing circuit, which consists of a rectifier diode D31, a flywheel diode D32, a choke coil L31 and a smoothing capacitor C31, is connected to the secondary winding n32 of a transformer T31.
Ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 35 ist zwischen einem ersten Ver bindungspunkt 36, der sich zwischen der positivseitigen Ausgangsklemme des Gleichrichters 31 und der Primärwindung n31 des Umspanntransformators T31 befindet, sowie einem zweiten Verbindungspunkt 37, der sich zwischen der nega tivseitigen Ausgangsklemme des Gleichrichters 31 und dem Schalttransistor Q31 befindet, angebracht.A step-down DC-DC converter 35 is between a first connection point 36 , which is located between the positive-side output terminal of the rectifier 31 and the primary winding n31 of the transformer T31, and a second connection point 37 , which is located between the negative-side output terminal of the rectifier 31 and the switching transistor Q31 is attached.
Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 35 umfaßt einen zweiten Schalttransistor Q32, eine Drosselspule L32, einen Ausgangskondensator C33, eine Schwungrad diode D33, eine Rückstrom-Verhinderungs-Diode D34, eine Impulsbreiten-Modu latorschaltung 33, und eine Referenzspannungsquelle 34.The DC-DC converter 35 includes a second switching transistor Q32, a choke coil L32, an output capacitor C33, a flywheel diode D33, a reverse current prevention diode D34, a pulse width modulator circuit 33 , and a reference voltage source 34 .
Beim zweiten Schalttransistor Q32, welcher vom NPN-Typ ist, ist der Emitter mit dem ersten Verbindungspunkt 36 und sein Kollektor mit der Drosselspule L32 verbunden. Der Ausgangskondensator C33 ist zwischen dem anderen Ende der Drosselspule L32 und dem zweiten Verbindungspunkt 37 angeschlossen. Durch die Drosselspule L32 und den Ausgangskondensator C33 wird eine Filterschal tung gebildet.In the second switching transistor Q32, which is of the NPN type, the emitter is connected to the first connection point 36 and its collector is connected to the choke coil L32. The output capacitor C33 is connected between the other end of the choke coil L32 and the second connection point 37 . A filter circuit is formed by the choke coil L32 and the output capacitor C33.
Die Schwungraddiode D33 ist mit dem Kollektor des zweiten Schalttransistors Q32 und dem zweiten Verbindungspunkt 37 verbunden, wobei ihre Durchlaßrich tung so orientiert ist, daß sie in Richtung vom zweiten Verbindungspunkt 37 zum zweiten Schalttransistor Q32 zeigt. Die Diode D34 ist zwischen der Anschluß klemme des Ausgangskondensators C33, die sich auf höherem Potential befindet, und dem ersten Verbindungspunkt 36 angebracht, wobei ihre Durchlaßrichtung in Richtung vom Ausgangskondensator C33 zum ersten Verbindungspunkt 36 orientiert ist.The flywheel diode D33 is connected to the collector of the second switching transistor Q32 and the second connection point 37 , its forward direction being oriented so that it points in the direction from the second connection point 37 to the second switching transistor Q32. The diode D34 is mounted between the terminal of the output capacitor C33, which is at a higher potential, and the first connection point 36 , its forward direction being oriented in the direction from the output capacitor C33 to the first connection point 36 .
In Fig. 8 bezeichnet V31 die Ausgangsspannung des Gleichrichters 31, I31 bezeich net den Ausgangsstrom des Gleichrichters 31, I34 bezeichnet einen Strom, der im Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 35 fließt, und I33 bezeichnet einen Strom, der durch die Primärwindung des Umspanntransformators T31 und den ersten Schalttransistor Q31 fließt.In Fig. 8, V 31 denotes the output voltage of the rectifier 31 , I 31 denotes the output current of the rectifier 31 , I 34 denotes a current flowing in the DC-DC converter 35 , and I 33 denotes a current flowing through the primary winding of the transformer T31 and the first switching transistor Q31 flows.
Der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler funktioniert folgendermaßen: Zuerst, während die Klemmenspannung des Ausgangskondensators C33 des Gleich strom-Gleichstrom-Wandlers 35 höher ist als die Ausgangsspannung V31 des Gleichrichters 31, wird der Ausgangskondensator 33 zur Entladung gezwungen. Die Entladung des Ausgangskondensators C33 resultiert in einem Stromfluß I33 von dort durch die Diode D34 zur Primärwindung n31 des Umspanntransforma tors T31 und zum ersten Schalttransistor Q31. Zu diesem Zeitpunkt ist der Aus gangsstrom I31 des Gleichrichters gleich Null.The AC-DC converter works as follows: First, while the terminal voltage of the output capacitor C33 of the DC-DC converter 35 is higher than the output voltage V 31 of the rectifier 31 , the output capacitor 33 is forced to discharge. The discharge of the output capacitor C33 results in a current flow I 33 from there through the diode D34 to the primary winding n31 of the transformer T31 and to the first switching transistor Q31. At this time, the output current I 31 from the rectifier is zero.
Wenn die Spannung an den Anschlußklemmen des Ausgangskondensators C33 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers niedriger ist als die Ausgangsspannung V31 des Gleichrichters 31, wird der Ausgangskondensator C33 zur Aufladung ge zwungen, wodurch ein Fließen des als Ladestrom für den Ausgangskondensator C33 dienenden Stroms I34 in den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 35 bewirkt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der vom Gleichrichter 31 gelieferte Strom I33 ge zwungen, durch die Primärwindung n31 des Umspanntransformators T31 und den ersten Schalttransistor Q31 zu fließen. Als Folge dessen wird der aus der Kombination der Ströme I33 und I34 resultierende Strom I31 dazu gezwungen, am Eingang des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers zu fließen.When the voltage at the terminals of the output capacitor C33 of the DC-DC converter is lower than the output voltage V 31 of the rectifier 31 , the output capacitor C33 is forced to charge, whereby a flow of the current I 34 serving as a charging current for the output capacitor C33 in the DC-DC converter 35 is effected. At this time, the current I 33 supplied by the rectifier 31 is forced to flow through the primary winding n31 of the transformer T31 and the first switching transistor Q31. As a result, the current I 31 resulting from the combination of the currents I 33 and I 34 is forced to flow at the input of the AC-DC converter.
In Fig. 8 wird der Kondensator C32 zum Zwecke der Unterbindung von hochfre quentem Schaltungsrauschen im ersten Schalttransistor bereitgestellt, und er kann weggelassen werden.In Fig. 8, the capacitor C32 is provided for the purpose of suppressing high-frequency circuit noise in the first switching transistor, and it can be omitted.
Als Ergebnis des zuvor beschriebenen Betriebsverhaltens, hat der im Schaltplan der Fig. 8 gezeigte Strom I31 einen größeren Phasenwinkel als der Eingangsstrom des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers 35, der eine Gleichrichtungsschaltung mit Kondensatoreingang verwendet, so daß ein verbesserter Leistungsfaktor er zielt wird. Dadurch wird ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler bereitgestellt, in welchem die Erzeugung von Spannungsstörungen und Oberschwingungen in der Versorgungsspannungsleitung reduziert wird. As a result of the above-described performance, the current I 31 shown in the circuit diagram of FIG. 8 has a larger phase angle than the input current of the AC-DC converter 35 which uses a rectifier circuit with a capacitor input, so that an improved power factor is aimed at. This provides an AC-DC converter in which the generation of voltage disturbances and harmonics in the supply voltage line is reduced.
Es muß hier angemerkt werden, daß der Ausgangsstrom I31 des im Schaltplan von Fig. 8 gezeigten Gleichrichters 31 ein Strom ist, der aus der vom Kondensator C32 durchgeführten Mittelung der Kombination der impulsartigen Ströme I33 und I34 entsteht) die mittels des ersten Schalttransistors Q31 und des zweiten Schalttransistors Q32 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 35 mit einer hohen Frequenz an- und ausgeschaltet werden.It must be noted here that the output current I 31 of the rectifier 31 shown in the circuit diagram of FIG. 8 is a current which results from the averaging of the combination of the pulse-like currents I 33 and I 34 carried out by the capacitor C32) by means of the first switching transistor Q31 and the second switching transistor Q32 of the DC-DC converter 35 are turned on and off at a high frequency.
Es bestehen jedoch noch technische Probleme in dem Falle, daß der Strom I31 nicht gemittelt wird. Diese technischen Probleme werden nun mit Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.However, there are still technical problems in the event that the current I 31 is not averaged. These technical problems will now be described with reference to FIG. 9.
Fig. 9 zeigt Strom- und Spannungs-Wellenformen, die an verschiedenen Punkten der in Fig. 8 gezeigten Schaltung auftreten, wobei die Spannung V31 und die Strö me I31, I33, I34 und I32 gezeigt werden. Der Strom I32 entspricht einer Wellen form, die auftritt, wenn der Ausgangsstrom des Gleichrichters 31 nicht gemittelt wird. FIG. 9 shows current and voltage waveforms appearing at various points in the circuit shown in FIG. 8, showing voltage V 31 and currents I 31 , I 33 , I 34 and I 32 . The current I 32 corresponds to a waveform that occurs when the output current of the rectifier 31 is not averaged.
Die Ausgangsspannung V31 des Gleichrichters 31 ist eine sinusförmig pulsierende Gleichspannung, die einen wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 9 dargestell ten Anteil enthält, wenn der Ausgangskondensator C33 nicht mit dem Gleich strom-Gleichstrom-Wandler verbunden ist. Wenn der Ausgangskondensator C33 damit verbunden ist, nimmt die Ausgangsspannung V31 des Gleichrichters 31 ei ne wie durch die durchgezogenen Linien dargestellte Wellenform an, was auf grund der Tatsache geschieht, daß der Ausgangskondensator C33 laufend ge- und entladen wird.The output voltage V 31 of the rectifier 31 is a sinusoidal pulsating DC voltage, which contains a portion as shown by the broken lines in FIG. 9, when the output capacitor C33 is not connected to the DC-DC converter. When the output capacitor C33 is connected thereto, the output voltage V 31 of the rectifier 31 takes on a waveform as shown by the solid lines, which is due to the fact that the output capacitor C33 is continuously charged and discharged.
In Fig. 9 ist der Ausgangsstrom I32 so dargestellt, als ob er eine Vielzahl von Komponenten enthielte, die jeweils durch eine senkrechte Linie dargestellt sind. In Wirklichkeit jedoch enthält jede solche Komponente die Ströme I33 und I34, wie dies in der Vergrößerung unten in Fig. 9 dargestellt ist.In FIG. 9, the output current I 32 is shown as if it contained a large number of components, each of which is represented by a vertical line. In reality, however, each such component contains currents I 33 and I 34 , as shown in the enlargement below in FIG. 9.
In der in Fig. 8 gezeigten Schaltung werden der erste Schalttransistor Q31 und der zweite Schalttransistor Q32 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 35 unab hängig voneinander betrieben. Dadurch gibt es Situationen, in denen sich "ON"- Zustände der beiden gerade schaltenden Transistoren überschneiden, und andere Situationen, in denen sich solche "ON"-Zustände nicht überschneiden. In the circuit shown in FIG. 8, the first switching transistor Q31 and the second switching transistor Q32 of the DC-DC converter 35 are operated independently of each other. As a result, there are situations in which "ON" states of the two transistors currently switching overlap, and other situations in which such "ON" states do not overlap.
In dem Fall, daß sich "ON"-Zustände nicht überschneiden, wie dies auf der linken Seite der Vergrößerung des Stroms I32 in der Fig. 9 unten gezeigt wird, über schneiden sich I33 und I34, die den Strom I32 ergeben, auch nicht.In the event that "ON" states do not overlap, as shown on the left side of the increase in current I 32 in FIG. 9 below, I 33 and I 34 , which result in current I 32 , overlap , neither.
In dem Fall jedoch, in dem sich die "ON"-Zustände überschneiden, und höhere Komponenten der Ströme I33 und I34 sich überschneiden, wie dies auf der rechten Seite der in Fig. 9 gezeigten Vergrößerung dargestellt ist, neigt der Spitzenwert des Stroms I32 dazu, vergrößert zu werden.However, in the case where the "ON" states overlap and higher components of currents I 33 and I 34 overlap, as shown on the right side of the magnification shown in FIG. 9, the peak value of the current tends I 32 to be enlarged.
Falls der Spitzenwert des Stroms I32 derartig vergrößert wird, kann es möglicher weise zu durch elektromagnetische Induktion verursachtem Rauschen in der Schaltung kommen, und/oder durch Schaltvorgänge verursachtes Rauschen wirkt auf die Leitung der kommerzielle Versorgungsspannung ein. Ein weiteres Pro blem besteht darin, daß die Kapazität des Kondensators 32 erhöht werden sollte, um einen Versuch zu unternehmen, das Einwirken des durch Schaltvorgänge ver ursachten Rauschens auf die Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung zu vermeiden.If the peak value of the current I 32 is increased in this way, noise may occur in the circuit caused by electromagnetic induction and / or noise caused by switching operations affects the line of the commercial supply voltage. Another problem is that the capacitance of the capacitor 32 should be increased to attempt to avoid exposure to the noise caused by switching operations on the line of the commercial supply voltage.
Dem entsprechend ist es ein Anliegen der Erfindung, einen Wechselstrom-Gleich strom-Wandler anzugeben, der so konstruiert ist, daß die Effekte minimiert wer den, die daraus entstehen, daß ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler an die Ausgangsklemmen eines Gleichrichters angeschlossen wird, der am Eingang eines wie oben beschriebenen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers angebracht ist. Ebenso soll die Erzeugung des durch Schaltvorgänge verursachten Rauschens minimiert werden, das dazu neigt, sich auf Leitungen der kommerziell verfügba ren Versorgungsspannung auszuwirken.Accordingly, it is a concern of the invention, an AC direct current Specify current converter that is designed so that the effects are minimized those that result from a step-down DC-DC converter the output terminals of a rectifier is connected to the input an AC-DC converter as described above is. The generation of the noise caused by switching operations is also intended be minimized, which tends to rely on lines of commercially available affect their supply voltage.
Kurzgesagt wird gemäß der Erfindung ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler bereitgestellt, in dem Ausgangsklemmen eines Gleichrichters mit einer Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung verbunden sind, und der mit einer Pri märwindung eines Umspanntransformators und einem ersten Schalttransistor in Reihe geschaltet ist; wobei durch Kontrolle der "ON"-Zustände des ersten Schalt transistors Gleichstrom aus einer mit der Sekundärwindung des Umspanntrans formators verbundenen Gleichrichter-Glättungsschaltung bezogen werden kann; wobei ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, der einen zweiten Schalt transistor umfaßt, zwischen einem ersten Verbindungspunkt, der sich zwischen der positivseitigen Ausgangsklemme des Gleichrichters und der Primärwindung des Umspanntransformators und einem zweiten Verbindungspunkt zwischen der negativseitigen Ausgangsklemme des Gleichrichters befindet, und dem ersten Schalttransistor angeschlossen ist; und wobei der vom Abwärts-Gleichstrom- Gleichstrom-Wandler ausgegebene Gleichstrom zu dem obengenannten ersten Verbindungspunkt zurückgeleitet wird, wodurch ein verbesserter Leistungsfaktor erzielt wird, gekennzeichnet durch die Bereitstellung von Vorrichtungen zur auf einander abgestimmten Steuerung des ersten und des zweiten Schalttransistors, wobei der zweite Schalttransistor angeschaltet wird, wenn der Schaltzeitpunkt des ersten Schalttransistors erfaßt wird, oder der erste Schalttransistor ange schaltet wird, wenn der Schaltzeitpunkt der zweiten Schalttransistors erfaßt wird.In short, according to the invention, an AC-DC converter provided in the output terminals of a rectifier with a line of the commercial supply voltage, and that with a Pri märwindung a transformer and a first switching transistor in Series is connected; by checking the "ON" states of the first switch transistor direct current from a with the secondary winding of the Umspanntrans formator-connected rectifier smoothing circuit can be obtained; being a step-down DC-DC converter that has a second switching transistor comprises, between a first connection point located between the positive side output terminal of the rectifier and the primary winding of the transformer and a second connection point between the rectifier output terminal, and the first Switching transistor is connected; and where the down-dc DC converter output DC current to the above first Connection point is returned, creating an improved power factor is achieved, characterized by the provision of devices for coordinated control of the first and second switching transistors, wherein the second switching transistor is turned on when the switching time of the first switching transistor is detected, or the first switching transistor is switched when the switching time of the second switching transistor is detected becomes.
Man erkennt, daß in dem erfindungsgemäßen Wechselstrom-Gleichstrom-Wand ler eine Primärwindung eines Umspanntransformators und ein erster Schalttran sistor in Reihe miteinander und zwischen die Ausgangsklemmen eines Gleichrich ters geschaltet sind, der an die Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung angeschlossen ist; des weiteren wird ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zwi schen den Ausgangsklemmen des Gleichrichters angeschlossen; und der erste Schalttransistor des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers und der zweite Schalt transistor des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers werden aufeinander abge stimmt angesteuert.It can be seen that in the AC-DC wall according to the invention ler a primary turn of a transformer and a first Schalttran sistor in series with each other and between the output terminals of a rectifier Ters are connected to the line of the commercial supply voltage connected; Furthermore, a DC-DC converter between connected to the output terminals of the rectifier; and the first Switching transistor of the AC-DC converter and the second switching transistor of the DC-DC converter are abge agrees driven.
Mit einer solchen Anordnung wird der Spitzenwert des Schaltstroms, der im Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler fließt, davon abgehalten, zu groß zu werden, und die Flußrate des Stroms wird gemittelt, wodurch es möglich wird zu verhin dern, daß durch Schaltvorgänge verursachtes Rauschen, das durch elektromagne tische Induktion ausgelöst wird, auf die Leitung der kommerziellen Wechselspan nungs-Versorgung einwirkt. Des weiteren kann der Kondensator, der zur Verhin derung des Einwirkens des durch Schaltvorgänge verursachten Rauschens auf die Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung bereitsteht, miniaturisiert wer den. Erfindungsgemäß wird somit ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler bereit gestellt, der so konstruiert ist, daß ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, und durch Schaltvorgänge ausgelöstes Rauschen minimiert wird.With such an arrangement, the peak value of the switching current, which is in the AC to DC converter is flowing, preventing it from becoming too large, and the flow rate of the current is averaged, making it possible to avoid that switching noise caused by electromagnetic table induction is triggered on the line of commercial AC supply supply acts. Furthermore, the condenser that is used to prevent Change in the effect of the noise caused by switching operations on the Whoever leads the commercial supply voltage is miniaturized the. According to the invention, an AC-DC converter is thus ready placed, which is designed so that a high efficiency is achieved, and noise caused by switching operations is minimized.
Weitere Anliegen, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Erläuterung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersicht lich werden.Further concerns, properties and advantages of the invention are described in following explanation in connection with the accompanying drawings become.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Wechsel strom-Gleichstrom-Wandlers. Fig. 1 is a circuit diagram of an embodiment of an AC-DC converter according to the invention.
Fig. 2 Strom- und Spannungs-Wellenformen, die in dem in Fig. 1 gezeigten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler auftreten. FIG. 2 shows current and voltage waveforms that occur in the AC-DC converter shown in FIG. 1.
Fig. 3 einen Schaltplan, der ein Beispiel für den Fall zeigt, daß die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform auf einen Wechselstrom- Gleichstrom-Wandler angewendet worden ist, der einen anderen Gleich strom-Gleichstrom-Wandler enthält. Fig. 3 is a circuit diagram showing an example in the case that the embodiment of the invention shown in Fig. 1 has been applied to an AC-DC converter, which includes another DC-DC converter.
Fig. 4 einen Schaltplan, der ein weiteres Beispiel für den Fall zeigt, in dem die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler angewendet worden ist, der einen anderen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält. Fig. 4 is a circuit diagram showing another example of the case where the embodiment of the present invention shown in Fig. 1 has been applied to an AC-DC converter that includes another DC-DC converter.
Fig. 5 einen Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers. Fig. 5 is a circuit diagram of another embodiment of an AC-DC converter according to the invention.
Fig. 6 einen Schaltplan, der ein Beispiel für den Fall zeigt, daß die in Fig. 5 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform auf einen Wechselstrom- Gleichstrom-Wandler angewendet worden ist, der einen anderen Gleich strom-Gleichstrom-Wandler enthält. Fig. 6 is a circuit diagram showing an example in the case that the embodiment of the present invention shown in Fig. 5 has been applied to an AC-DC converter which includes another DC-DC converter.
Fig. 7 einen Schaltplan, der ein weiteres Beispiel für den Fall zeigt, daß die in Fig. 5 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler angewendet worden ist, der einen anderen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält. Fig. 7 is a circuit diagram showing another example in the case where the embodiment of the present invention shown in Fig. 5 has been applied to an AC-DC converter including another DC-DC converter.
Fig. 8 einen Schaltplan des in der japanischen Patentanmeldung Nr. 360 285/1993 offenbarten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers. Fig. 8 is a circuit diagram of the AC-DC converter disclosed in Japanese Patent Application No. 360 285/1993.
Fig. 9 Strom- und Spannungs-Wellenformen, die in dem in Fig. 8 gezeigten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler auftreten. Fig. 9 current and voltage waveforms to-DC converter AC occur in the system shown in Fig. 8.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen wird nun der einer er sten erfindungsgemäßen Ausführungsform entsprechende Wechselstrom-Gleich strom-Wandler erläutert werden.With reference to Fig. 1 of the accompanying drawings, the one according to the first embodiment of the invention corresponding AC-DC converter will now be explained.
In Fig. 1 sind die Primärwindung n1 eines Umspanntransformators T1 und ein erster Schalttransistor Q1 miteinander in Reihe und zwischen die Ausgangsklemmen eines Gleichrichters 1 geschaltet. Aus Vereinfachungsgründen sind die Se kundärwindungen des Umspanntransformators und eine Gleichrichtungs-Glät tungsschaltung, die hieran anzuschließen sind, nicht gezeigt.In FIG. 1, the primary winding n1 of a transformer T1 and a first switching transistor Q1 are connected to one another in series and between the output terminals of a rectifier 1 . For the sake of simplicity, the secondary windings of the transformer and a rectification smoothing circuit to be connected are not shown.
Eine Impulsbreiten-Modulatorschaltung 4 wird an die Basis des ersten Schalttransistors Q1 angeschlossen, und ist auch mit einem Gleichspannungsanschluß VDC verbunden, der an die Ausgangsklemme eines Fehlerverstärkers angeschlos sen ist, die näher an der Ausgangsseite liegt als die Sekundärwindung des Um spanntransformators T1, und mit einer von der Gleichrichtungs-Glättungsschal tung ausgehenden Gleichspannung versorgt wird.A pulse width modulator circuit 4 is connected to the base of the first switching transistor Q1, and is also connected to a DC voltage terminal V DC which is connected to the output terminal of an error amplifier which is closer to the output side than the secondary winding of the order transformer T1, and is supplied with a DC voltage starting from the rectification smoothing circuit.
Ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 8 ist mit einem ersten Verbin dungspunkt 6 zwischen der positivseitigen Anschlußklemme des Gleichrichters 1 und der Primärwindung n1 und einem zweiten Verbindungspunkt 7 zwischen der negativseitigen Anschlußklemme des Gleichrichters 1 und dem ersten Schalttran sister Q1 verbunden.A step-down DC-DC converter 8 is connected to a first connection point 6 between the positive-side terminal of the rectifier 1 and the primary winding n1 and a second connection point 7 between the negative-side terminal of the rectifier 1 and the first Schalttran sister Q1.
Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 8 umfaßt einen zweiten Schalttransistor Q2, eine Drosselspule L1, einen Ausgangskondensator C2, eine Schwungraddiode D2, eine Rückfuhrstrom-Verhinderungs-Diode D3, und einen Vorwiderstand R6.The DC-DC converter 8 includes a second switching transistor Q2, a choke coil L1, an output capacitor C2, a flywheel diode D2, a feedback current prevention diode D3, and a series resistor R6.
Der Kollektor des zweiten Schalttransistors Q2 ist mit dem ersten Verbindungs punkt 6 verbunden; seine Basis ist mit einer Steuerungs-Treiberschaltung 9 über den Vorwiderstand R6 verbunden; und sein Emitter ist mit einem Filter verbun den, der sich aus der Drosselspule L1, dem Ausgangskondensator C2 und der Schwungraddiode D2 aufbaut.The collector of the second switching transistor Q2 is connected to the first connection point 6 ; its base is connected to a control driver circuit 9 through the series resistor R6; and its emitter is connected to a filter which is made up of the choke coil L1, the output capacitor C2 and the flywheel diode D2.
Die Rückfuhrstrom-Verhinderungs-Diode D3 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Anschlußklemme des Ausgangskondensators C2, die sich auf höhe rem Potential befindet, und der Drosselspule L1 sowie dem ersten Verbindungs punkt 6 so verbunden, daß die Durchlaßrichtung der Diode 3 vom Ausgangskon densator C2 zum ersten Verbindungspunkt 6 zeigt.The return current prevention diode D3 is connected to a connection point between the terminal of the output capacitor C2, which is at a higher potential, and the inductor L1 and the first connection point 6 so that the forward direction of the diode 3 from the output capacitor C2 to first connection point 6 shows.
Ein Kondensator C1 mit niedrigerer Kapazität zur Absorption des hochfrequen ten Schalterrauschens ist mit den Ausgangsklemmen des Gleichrichters 1 ver bunden.A capacitor C1 with a lower capacity for absorbing the high-frequency switch noise is connected to the output terminals of the rectifier 1 .
Der Umspanntransformator T1 enthält zusätzlich zur Primärwindung n1 und zur nicht in Fig. 1 gezeigten Sekundärwindung eine Tertiärwindung n3. Die Tertiär windung n3 ist mit einer Erfassungsschaltung 10 zur Erfassung des Ausschalt vorgangs des ersten Schalttransistors Q1 verbunden.The transformer transformer T1 contains, in addition to the primary winding n1 and the secondary winding (not shown in FIG. 1), a tertiary winding n3. The tertiary turn n3 is connected to a detection circuit 10 for detecting the switch-off process of the first switching transistor Q1.
Die Erfassungsschaltung 10 besteht aus einem Kondensator C3, einem Wider stand R1, einem Widerstand R2, einer Gleichrichterdiode D1 und einem Konden sator C4.The detection circuit 10 consists of a capacitor C3, a resistor R1, a resistor R2, a rectifier diode D1 and a capacitor C4.
Der Kondensator C3 und der Widerstand R1 bilden eine Differenzierschaltung, und sind in Reihe miteinander zwischen die Ausgangsklemmen der Tertiärwin dung n3 geschaltet.The capacitor C3 and the resistor R1 form a differentiating circuit, and are in series with each other between the tertiary's output terminals dung n3 switched.
Die Reihenschaltung des Widerstands R2 und der Gleichrichterdiode D1 wird pa rallel zum Widerstand R1 angeschlossen, dabei wird die Kathode der Diode D1 an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Kondensator C3 angeschlossen.The series connection of the resistor R2 and the rectifier diode D1 is pa connected parallel to the resistor R1, the cathode of the diode D1 is on the connection point between the resistor R1 and the capacitor C3 connected.
Des weiteren wird der zur Diode D1 zeigende Anschluß des Widerstands R2 über den Kondensator 04 mit der Steuerungs-Treiberschaltung 9 verbunden, während sein anderer Anschluß mit dem (-)-seitigen Anschluß des Gleichrichters 1 verbun den wird.Furthermore, the connection of the resistor R2 pointing to the diode D1 is connected to the control driver circuit 9 via the capacitor 04 , while its other connection is connected to the (-) -side connection of the rectifier 1 .
Die Steuerungs-Treiberschaltung 9 besteht aus einem Vorwiderstand R3, einem monostabilen Multivibrator 3, den Widerständen R4 und R5 und einem Konden sator C5, die eine Zeitgeberschaltung bilden, sowie einem Fehlerverstärker 2 und einem Impulswandler T2.The control driver circuit 9 consists of a series resistor R3, a monostable multivibrator 3 , the resistors R4 and R5 and a capacitor C5, which form a timer circuit, and an error amplifier 2 and a pulse converter T2.
Die Triggereingangsklemme des monostabilen Multivibrators 3 ist mit der Aus gangsklemme der Erfassungsschaltung 10 verbunden, und die Triggereingangs klemme ist über den Vorwiderstand R3 auch mit der Vorspannungsquelle VCC verbunden.The trigger input terminal of the monostable multivibrator 3 is connected to the output terminal of the detection circuit 10 , and the trigger input terminal is also connected to the bias voltage source V CC via the series resistor R3.
Die Widerstände R4 und R5 und der Kondensator C5, die die Zeitgeberschaltung bilden, sind in Reihe an die Vorspannungsquelle VCC angeschlossen, wobei das andere Ende des Kondensators C5 mit dem zweiten Verbindungspunkt 7 verbun den ist.The resistors R4 and R5 and the capacitor C5 which form the timer circuit are connected in series to the bias voltage source V CC , the other end of the capacitor C5 being connected to the second connection point 7 .
Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R5 und dem Kondensator C5 ist mit der Zeitgeber-Eingangsklemme des monostabilen Multivibrators 3 verbun den, und der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R4 und R5 ist mit der Ausgangsklemme des Fehlerverstärkers 2 verbunden.The connection point between the resistor R5 and the capacitor C5 is connected to the timer input terminal of the monostable multivibrator 3 , and the connection point between the resistors R4 and R5 is connected to the output terminal of the error amplifier 2 .
Die Eingangsklemme des Fehlerverstärkers 2 ist mit dem Verbindungspunkt zwi schen dem Ausgangskondensator 02 und der Drosselspule L1 des Gleichstrom- Gleichstrom-Wandlers 8 verbunden.The input terminal of the error amplifier 2 is connected to the connection point between the output capacitor 02's and the choke coil L1 of the DC-DC converter 8 .
Die Ausgangsklemme des monostabilen Multivibrators 3 ist mit dem einen Ende der Primärwindung n4 des Impulstransformators T2 verbunden, das andere Ende der Primärwindung n4 ist mit der Vorspannungsquelle VCC verbunden.The output terminal of the monostable multivibrator 3 is connected to one end of the primary winding n4 of the pulse transformer T2, the other end of the primary winding n4 is connected to the bias voltage source V CC .
Die Sekundärwindung n5 des Impulstransformators T2 ist zwischen dem Emitter des zweiten Schalttransistors Q2 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 und dem Ende eines dem zweiten Schalttransistors Q2 gegenüberliegenden Wider stands R6 angeschlossen, der mit der Basis des zweiten Schalttransistors Q2 ver bunden ist.The secondary winding n5 of the pulse transformer T2 is connected between the emitter of the second switching transistor Q2 of the DC-DC converter 8 and the end of an opposing resistor R6 opposite the second switching transistor Q2, which is connected to the base of the second switching transistor Q2.
Bezugszeichen 5a und 5b in Fig. 1 zeigen Anschlüsse des Wechselstrom-Gleich strom-Wandlers, die mit der Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung verbunden sind; I1 bis I4 sind Ströme, die in entsprechenden Punkten im Strom kreis fließen, und V0, V1 bis V5 sind Spannungen an entsprechenden Punkten in der Schaltung. Eine ausführliche Erklärung wird mit Bezug auf Fig. 2 gegeben.Reference numerals 5 a and 5 b in Fig. 1 show connections of the AC-DC converter, which are connected to the line of the commercial supply voltage; I 1 to I 4 are currents flowing at corresponding points in the circuit, and V 0 , V 1 to V 5 are voltages at corresponding points in the circuit. A detailed explanation will be given with reference to FIG. 2.
Der wie oben erläutert aufgebaute Schaltkreis funktioniert so wie der in Fig. 8 ge zeigte, der in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert worden ist, so daß der Ausgangskondensator C2 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 ver anlaßt wird, einen Entladezustand anzunehmen, wenn die Klemmenspannung des Ausgangskondensators C2 höher ist als die Ausgangsspannung des Gleich richters 1.The circuit constructed as explained above functions as shown in Fig. 8 ge, which has been explained in connection with the prior art, so that the output capacitor C2 of the DC-DC converter 8 is caused ver to assume a discharge state when the terminal voltage of the output capacitor C2 is higher than the output voltage of the rectifier 1 .
Wenn sich der Ausgangskondensator C2 im Entladezustand befindet, wird ein Strom von dort durch die Rückfuhrstrom-Verhinderungs-Diode D3 an den Um spanntransformator T1 und den Schalttransistor Q1 gegeben.When the output capacitor C2 is in the discharge state, a turns on Current from there through the return current prevention diode D3 to the Um given voltage transformer T1 and the switching transistor Q1.
Wenn andererseits die Klemmenspannung des Ausgangskondensators C2 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 niedriger ist als die Ausgangsspannung des Gleichrichters 1, wird der Ausgangskondensator C2 zur Aufladung gezwungen.On the other hand, when the terminal voltage of the output capacitor C2 of the DC-DC converter 8 is lower than the output voltage of the rectifier 1 , the output capacitor C2 is forced to charge.
In diesem Falle wird der Strom I4 veranlaßt, im Gleichstrom-Gleichstrom-Wand ler als Ladestrom für den Ausgangskondensator C2 zu fließen.In this case, the current I 4 is caused to flow in the DC-DC converter as a charging current for the output capacitor C2.
Des weiteren wird zu diesem Zeitpunkt ein Strom vom Gleichrichter 1 an den Umspanntransformator T1 und den ersten Schalttransistor Q1 gegeben, so daß der Strom 13 dort hindurch fließen kann.Furthermore, at this point in time, a current is supplied from rectifier 1 to transformer transformer T 1 and first switching transistor Q1, so that current 13 can flow through it.
Genauer gesagt heißt das, daß wenn sich der Ausgangskondensator C2 in einem Entladezustand befindet, kein Strom zum Gleichrichter 1 fließen kann, wohinge gen wenn sich der Kondensator C2 in einem Aufladezustand befindet, der Strom I1, welcher die Summe des Ladestroms 14 des Ausgangskondensators C2 und des zum Umspanntransformators T1 und zum ersten Schalttransistor Q1 fließenden Stroms I3 ist, zum Gleichrichter 1 fließen kann.More specifically, this means that when the output capacitor C2 is in a discharge state, no current can flow to the rectifier 1 , whereas when the capacitor C2 is in a charge state, the current I 1 , which is the sum of the charging current 14 of the output capacitor C2 and the current I 3 flowing to the transformer transformer T1 and the first switching transistor Q1, can flow to the rectifier 1 .
Somit wird der Phasenwinkel des Eingangsstroms größer als im Fall des her kömmlichen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers, der an seiner Eingangsseite eine Gleichrichter-Glättungsschaltung mit einem Kondensatoreingang verwen det, so daß der Leistungsfaktor erhöht werden kann, wie dies bei der in Fig. 8 ge zeigten Schaltungsanordnung der Fall ist.Thus, the phase angle of the input current is larger than in the case of the conventional AC-DC converter which uses a rectifier smoothing circuit with a capacitor input on its input side, so that the power factor can be increased, as is the case in FIG. 8 showed circuit arrangement is the case.
Fig. 2 zeigt Strom- und Spannungswellenformen, die in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung während des Zeitabschnitts auftreten, in dem der Strom I1 zum Gleich richter 1 fließen kann. Fig. 2 shows current and voltage waveforms that occur in the circuit shown in Fig. 1 during the period in which the current I 1 can flow to the rectifier 1 .
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun eine Beschreibung des während dieses Zeit abschnitts stattfindenden Betriebsverhaltens der in Fig. 1 gezeigten Schaltung gegeben.With reference to FIG. 2, a description will now be given of the operating behavior of the circuit shown in FIG. 1 which takes place during this time period.
In Fig. 2 ist I3 ein Strom, der zur Primärwindung n1 des Umspanntransformators T1 des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers und zum ersten Schalttransistor Q1 fließt, und I4 ist ein Strom, der im Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 8 fließt.In Fig. 2, I 3 is a current flowing to the primary winding n1 of the transformer transformer T1 of the AC-DC converter and to the first switching transistor Q1, and I 4 is a current flowing in the DC-DC converter 8 .
In Fig. 1 ist I1 der Ausgangsstrom des Gleichrichters 1, in welchem durch Schalt vorgänge verursachtes Rauschen gemittelt worden ist, und in Fig. 2 ist I2 ein nichtgemittelter Ausgangsstrom des Gleichrichters 1.In Fig. 1, I 1 is the output current of the rectifier 1 , in which noise caused by switching operations has been averaged, and in Fig. 2, I 2 is an und average output current of the rectifier 1 .
Der Strom 12 besteht aus einer Kombination der Ströme I3 und I4, welche dem in Fig. 9 gezeigten Strom I32 entspricht. V0 ist die Spannung zwischen dem Kollek tor und dem Emitter des ersten Schalttransistors Q1.The current 12 consists of a combination of the currents I 3 and I 4 , which corresponds to the current I 32 shown in FIG. 9. V 0 is the voltage between the collector and the emitter of the first switching transistor Q1.
V1 ist eine Spannung, die in der Tertiärwindung n3 des Umspanntransformators T1 induziert wird; V2 ist eine Spannung, die am Widerstand R1 abfällt, der Teil des Differenzierschaltkreises bildet; und V3 ist eine Spannung, die am Wider stand R2 abfällt, nachdem die Spannung V2 durch die Diode D1 gleichgerichtet worden ist.V 1 is a voltage induced in the tertiary winding n3 of the transformer T1; V 2 is a voltage drop across resistor R1 that forms part of the differentiating circuit; and V 3 is a voltage which has dropped across the R2 after the voltage V 2 has been rectified by the diode D1.
V4 ist eine Spannung, die an der Triggereingangsklemme des monostabilen Multi vibrators 3 anliegt, nachdem eine Vorspannung von der Spannungsquelle VCC an gelegt worden ist, zu der die Spannung V3 über den Widerstand R3 hinzugefügt wird.V 4 is a voltage that is present at the trigger input terminal of the monostable multi-vibrator 3 after a bias voltage has been applied from the voltage source V CC to which the voltage V 3 is added via the resistor R 3 .
V5 ist eine Spannung, die in der Primärwindung n4 des Impulstransformators T2 erzeugt wird, und dazu verwendet wird, den zweiten Schalttransistor Q2 anzu treiben, der über den Widerstand R6 an die Sekundärwindung n5 angeschlossen ist.V 5 is a voltage generated in the primary winding n4 of the pulse transformer T2 and is used to drive the second switching transistor Q2, which is connected to the secondary winding n5 via the resistor R6.
Falls der erste Schalttransistor Q1 zum Zeitpunkt t1 angeschaltet wird, wird es dem Strom I3 ermöglicht, zum ersten Schalttransistor Q1 zu fließen, so daß die Spannung V0 zwischen dessen Kollektor und Emitter gleich Null wird.If the first switching transistor Q1 is turned on at time t1, the current I 3 is allowed to flow to the first switching transistor Q1, so that the voltage V 0 between its collector and emitter becomes zero.
Die Spannung V1 wird in der Tertiärwindung n3 des Umspanntransformators T1 induziert, und die Spannung V2, die durch Differentiation der Spannung V1er halten wird, wird in Form einer Spitze aufgebaut. Die Spannung V2 wird in der der Gleichrichterdiode D1 entgegengesetzten Richtung angelegt, und somit ist die Spannung V3 gleich Null.The voltage V 1 is induced in the tertiary winding n3 of the transformer T1, and the voltage V 2 , which he will maintain by differentiating the voltage V 1 , is built up in the form of a peak. The voltage V 2 is applied in the opposite direction to the rectifier diode D1, and thus the voltage V 3 is zero.
Falls die Spannung V3 gleich Null ist und unverändert bleibt, geschieht keine Änderung in der Spannung V4, welche auf den monostabilen Multivibrator 3 gege ben wird, und die vom monostabilen Multivibrator 3 ausgegebene Spannung V5 bleibt Null. Somit wird der zweite Schalttransistor Q2 ausgeschaltet, und der Strom I4 ist gleich Null.If the voltage V 3 is equal to zero and remains unchanged, there is no change in the voltage V 4 which is given to the monostable multivibrator 3 , and the voltage V 5 output by the monostable multivibrator 3 remains zero. Thus, the second switching transistor Q2 is turned off and the current I 4 is zero.
Falls der erste Schalttransistor Q1 zum Zeitpunkt t2 ausgeschaltet wird, wird der durch den ersten Schalttransistor Q1 fließende Strom 13 gleich Null, und die Spannung V0 liegt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des ersten Schalt transistors Q1 an.If the first switching transistor Q1 is turned off at time t2, the current 13 flowing through the first switching transistor Q1 becomes zero, and the voltage V 0 is present between the collector and the emitter of the first switching transistor Q1.
Die in der Tertiärwindung n3 des Umspanntransformators T1 induzierte Span nung V1 wird gezwungen, sehr schnell abzufallen, und die durch Differentiation der Spannung V1 erhaltene Spannung V2 fällt dann in Form einer Spitze ab.The voltage induced in the tertiary winding n3 of the Umspanntransformators T1 clamping voltage V 1 is forced to drop rapidly, and the voltage V 2 obtained by differentiating the voltage V 1 then falls in the form of a tip from.
Da die Spannung V2 in der Durchlaßrichtung der Gleichrichterdiode D1 angelegt wird, tritt eine Spannung V3 auf, die dieselbe Wellenform wie die Spannung V2 hat.Since the voltage V 2 is applied in the forward direction of the rectifying diode D1, a voltage V 3 occurs which has the same waveform as the voltage V 2 .
Durch Hinzufügen einer Vorspannung von der Vorspannungsquelle VCC über den Widerstand R3 wird die Spannung V3 in die Spannung V4 umgewandelt, und dar an anschließend wird die Spannung V4 an den monostabilen Multivibrator 3 ge legt.By adding a bias voltage from the bias voltage source V CC through the resistor R3, the voltage V 3 is converted into the voltage V 4 , and then the voltage V 4 is applied to the monostable multivibrator 3 .
Wenn die Spannung V4 daran angelegt wird, erlaubt es der monostabile Multivi brator 3 der Spannung V5 während der Ladezeit des Kondensators C5 anzustei gen, die gemäß der von den Widerständen R4 und R5 und dem Kondensator C5 festgelegten Zeitkonstanten sowie dem Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 2 festgelegt wird.When the voltage V4 is applied to it, the monostable multivibrator 3 allows the voltage V5 to rise during the charging time of the capacitor C5, which is determined in accordance with the time constants defined by the resistors R4 and R5 and the capacitor C5 and the output signal of the error amplifier 2 .
Die Spannung V5, welche angestiegen ist, wird über die Primärwindung n4 des Impulstransformators T2 und dessen Sekundärwindung n5 sowie den Vorwider stand R6 an die Basis des zweiten Schalttransistors Q2 gelegt, so daß dieser ange schaltet wird.The voltage V5, which has risen, is via the primary winding n4 of the Pulse transformer T2 and its secondary winding n5 and the series resistor stood R6 to the base of the second switching transistor Q2, so that this is is switched.
Währenddessen wird der Strom I4 veranlaßt, zum Ausgangskondensator C2 durch den zweiten Schalttransistor Q2 und die Drosselspule L1 zu fließen, so daß der Ausgangskondensator C2 geladen wird.Meanwhile, the current I 4 is caused to flow to the output capacitor C2 through the second switching transistor Q2 and the choke coil L1, so that the output capacitor C2 is charged.
Wenn der Aufladevorgang des Kondensators C5 beendet ist, und somit die vom monostabilen Multivibrator 3 erhaltene Spannung V5 abzufallen beginnt, wird die an die Basis des zweiten Schalttransistors Q2 angelegte Spannung V5 gleich Null, so daß der zweite Schalttransistor Q2 ausgeschaltet wird.When the charging of the capacitor C5 is finished, and thus the voltage V 5 obtained from the monostable multivibrator 3 begins to drop, the voltage V5 applied to the base of the second switching transistor Q2 becomes zero, so that the second switching transistor Q2 is turned off.
Wie oben erläutert, wird in der in Fig. 1 gezeigten Ausführung, der zweite Schalt transistor Q2 sofort angeschaltet, nach dem der erste Schalttransistor Q1 ausge schaltet worden ist, und der zweite Schalttransistor Q2 wird ausgeschaltet, bevor der erste Schalttransistor Q1 angeschaltet wird.As explained above, in the embodiment shown in FIG. 1, the second switching transistor Q2 is switched on immediately after the first switching transistor Q1 has been switched off, and the second switching transistor Q2 is switched off before the first switching transistor Q1 is switched on.
Das heißt, daß es niemals zu einer Situation kommt, in der sowohl der erste als auch der zweite Schalttransistor Q1 und Q2 gleichzeitig in einem"ON"-Zustand sind, somit kommt es niemals zu einer Überlappung der Ströme I3 und I4.That is, there is never a situation in which both the first and second switching transistors Q1 and Q2 are in an "ON" state at the same time, and thus currents I 3 and I 4 never overlap.
Demzufolge wird der Spitzenwert des im Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers fließenden Stroms I2 immer niedrig gehalten, und der Stromfluß wird gemittelt, so daß das durch Schaltvorgänge bedingte Rauschen, welches durch elektro magnetische Induktion hervorgerufen wird, daran gehindert wird, auf die Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung einzuwirken. Zusätzlich ist es möglich, den Kondensator C1 zu miniaturisieren, um durch Schaltvorgänge bedingtes Rauschen zu verhindern, welches dazu neigt, auf die Leitungen der kommerziel len Versorgungsspannung einzuwirken.Accordingly, the peak value of the current I 2 flowing in the AC-DC converter is always kept low, and the current flow is averaged so that the switching-induced noise caused by electromagnetic induction is prevented from being applied to the commercial line To act on the supply voltage. In addition, it is possible to miniaturize the capacitor C1 in order to prevent switching-induced noise which tends to act on the lines of the commercial supply voltage.
Der in der japanischen Patentanmeldung Nr. 360275/1992 vorgeschlagene Wech selstrom-Gleichstrom-Wandler, auf dem die vorliegenden Erfindung beruht, ist so ausgelegt, daß ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zwischen den Ausgangs klemmen eines Gleichrichters angeschlossen ist, welcher auf der Eingangsseite des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers bereitgestellt wird, und vom Gleich strom-Gleichstrom-Wandler an den Ausgang des Gleichrichters ausgegebene Gleichspannung zurückgeleitet wird.The change proposed in Japanese Patent Application No. 360275/1992 So current to dc converter on which the present invention is based designed that a DC-DC converter between the output terminals of a rectifier is connected, which is on the input side of the AC-DC converter is provided, and the DC current-to-DC converter output to the output of the rectifier DC voltage is fed back.
Verschiedene Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler sind vorstellbar, abhängig von den Vorrichtungen, die dazu benutzt werden, den vom Gleichstrom-Gleichstrom- Wandler ausgegebenen Gleichstrom auf die Ausgangsseite des Gleichrichters zu rückzuleiten. Different AC-DC converters are conceivable, depending on the devices used to control the DC-DC Converter output direct current to the output side of the rectifier return.
In Fig. 3 und 4 sind weitere erfindungsgemäße Ausführungen dargestellt, wobei die zur Rückführung des vom Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers ausgegebenen Gleichstroms verwendeten Vorrichtungen sich von denen des in Fig. 1 gezeigten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers unterscheiden.In Fig. 3 and 4, further embodiments of the invention are shown, the devices used for returning the output from the DC-DC converter DC current from those of the AC-DC converter shown in FIG. 1 differ.
Der in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung enthaltene Gleichstrom-Gleichstrom- Wandler 8 ist so ausgelegt, daß die vom Ausgangskondensator C2 stammende Energie durch die Diode D3, die zwischen der Anschlußklemme des Ausgangskon densators C2, die sich auf höherem Potential befindet, und dem ersten Verbin dungspunkt 6 angeschlossen ist, auf den ersten Verbindungspunkt 6 zurückgelei tet wird.The DC-DC converter 8 included in the circuit shown in Fig. 1 is designed so that the energy coming from the output capacitor C2 through the diode D3, which is between the terminal of the output capacitor C2, which is at a higher potential, and the first connec tion point 6 is connected to the first connection point 6 is tet.
Bei dem in der Schaltung in Fig. 3 angegebenen Gleichstrom-Gleichstrom-Wand ler 8 ist die Diode D3 zwischen dem dem Schalttransistor Q2 zugewandten ersten Ende der Drosselspule L1, das sich auf der Eingangsseite des von der Drosselspu le L1 und dem Ausgangskondensator C2 gebildeten Filters befindet, und dem er sten Verbindungspunkt 6 angeschlossen, so daß die vom Ausgangskondensator C2 stammende Energie durch die Drosselspule L1 und die Diode D3 an den er sten Verbindungspunkt 6 zurückgeleitet wird.In the DC-DC converter 8 indicated in the circuit in FIG. 3, the diode D3 is between the switching transistor Q2 facing the first end of the choke coil L1, which is on the input side of the filter formed by the choke coil L1 and the output capacitor C2 is located, and the most connection point 6 is connected, so that the energy originating from the output capacitor C2 is fed back through the choke coil L1 and the diode D3 to the most connection point 6 .
Fig. 1 und 3 sind einander ähnlich in Bezug auf die Schaltungsanordnung und den Betrieb, mit dem Unterschied, daß die Stellen, mit denen die Diode D3 ver bunden ist, verschieden sind. In Fig. 3 sind Teile, die denen von Fig. 1 ähnlich sind, mit denselben Bezugsnummern oder -zeichen versehen. Fig. 1 and 3 are similar to each other with respect to the circuit arrangement and operation, with the difference, that the locations to which the diode D3 is connected ver, are different. In Fig. 3, parts similar to those of Fig. 1 are given the same reference numbers or characters.
Der in Fig. 4 gezeigte Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler benutzt einen MOSFET- Schalttransistor als zweiten-Schalttransistor Q4.The DC-DC converter shown in Fig. 4 uses a switching MOSFET transistor as the second switching transistor Q4.
Im MOSFET-Transistor Q4 gibt es eine parasitäre Diode zwischen dessen Source und dessen Drain. Diese parasitäre Diode wird in Fig. 4 als D4 dargestellt. Der zweite Schalttransistor Q4 ist so angeschlossen, daß die Durchlaßrichtung der pa rasitären Diode D4 mit der Richtung von dem aus der Drosselspule L1 und dem Ausgangskondensator C2 bestehenden Filter zum ersten Verbindungspunkt 6 entspricht.In the MOSFET transistor Q4 there is a parasitic diode between its source and its drain. This parasitic diode is shown in Fig. 4 as D4. The second switching transistor Q4 is connected so that the forward direction of the paired diode D4 corresponds to the direction of the filter consisting of the choke coil L1 and the output capacitor C2 to the first connection point 6 .
Somit wird die vom Ausgangskondensator C2 entladene Energie über die Drossel spule L1 und die parasitäre Diode D4 an den ersten Verbindungspunkt 6 zurück geleitet. Thus, the energy discharged from the output capacitor C2 is passed back to the first connection point 6 via the choke coil L1 and the parasitic diode D4.
Es ist ersichtlich, daß die in Fig. 4 gezeigte Schaltungsanordnung in Bezug auf den Betrieb ähnlich der Fig. 1 ist, mit der Ausnahme, daß die Schaltungsanord nung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 etwas anders ist. In Fig. 4 sind Teile, die zu denen der Fig. 1 und 3 ähnlich sind, mit denselben Bezugsnummern und -zeichen versehen.It can be seen that the circuit arrangement shown in FIG. 4 is similar in operation to that of FIG. 1, with the exception that the circuit arrangement of the DC-DC converter 8 is somewhat different. In Fig. 4, parts similar to those of Figs. 1 and 3 are given the same reference numerals and characters.
Fig. 5 ist ein Schaltplan, der eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. Fig. 5 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the invention.
Die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist so ausgelegt, daß der Abschaltzeitpunkt des ersten Schalttransistors Q1 mit tels des Stroms erfaßt wird, der durch die Primärwindung n1 des Umspanntrans formators T1 fließt, und der zweite Schalttransistor Q2 in Übereinstimmung mit einem Signal angeschaltet wird, das aus der Erfassung resultiert, so daß der erste und zweite Schalttransistor Q1 und Q2 aufeinander abgestimmt gesteuert wer den.The embodiment of the invention described with reference to Fig. 1 is designed so that the switch-off time of the first switching transistor Q1 is detected by means of the current flowing through the primary winding n1 of the transformer transformer T1, and the second switching transistor Q2 in accordance with a signal is turned on, which results from the detection, so that the first and second switching transistors Q1 and Q2 are coordinated with each other who controlled.
Im Gegensatz dazu ist die in Fig. 5 gezeigte Schaltung so ausgelegt, daß der Ab schaltzeitpunkt eines zweiten Schalttransistors Q12 durch ein Signal erfaßt wird, das von einer Treiberschaltung 21 stammt, die den zweiten Schalttransistor Q12 in Betrieb setzt, und ein erster Schalttransistor Q11 wird in Übereinstimmung mit einem Signal angeschaltet, welches aus der Erfassung resultiert, so daß der erste und zweite Schalttransistor Q11 und Q12 aufeinander abgestimmt gesteu ert werden.In contrast, the circuit shown in Fig. 5 is designed so that the switch-off time of a second switching transistor Q12 is detected by a signal which comes from a driver circuit 21 which puts the second switching transistor Q12 into operation, and becomes a first switching transistor Q11 turned on in accordance with a signal resulting from the detection, so that the first and second switching transistors Q11 and Q12 are controlled matched.
Der in Fig. 5 gezeigte Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler stimmt mit dem in Fig. 1 gezeigten darin überein, daß eine Primärwindung n11 eines Umspann transformators T11 und der erste Schalttransistor Q11 miteinander in Reihe und zwischen die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 11 geschaltet sind, und des weiteren ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18 zwischen den Ausgangsklem men des Gleichrichters 11 geschaltet ist.The AC-DC converter shown in Fig. 5 agrees with that shown in Fig. 1 in that a primary winding n11 of a transformer T11 and the first switching transistor Q11 are connected to each other in series and between the output terminals of the rectifier 11 , and the another DC-DC converter 18 is connected between the output terminals of the rectifier 11 .
In der in Fig. 5 gezeigten Schaltung ist die Treiberschaltung 21, welche einen Fehlerverstärker 12 und eine Impulsbreiten-Modulatorschaltung 14 zum Antrei ben des zweiten Schalttransistors Q12 beinhaltet, über einen Vorwiderstand R16 an die Basis des zweiten Schalttransistors Q12 des Gleichstrom-Gleichstrom- Wandlers 18 angeschlossen. Eine Erfassungsschaltung 20 zur Erfassung des Aus schaltvorgangs des zweiten Schalttransistors Q12, welche auf einem von der Trei berschaltung 21 ausgesandten Signal beruht, und eine Steuerungs-Treiberschal tung 19 zur Inbetriebnahme des ersten Schalttransistors Q11 sind zwischen der Treiberschaltung 21 und der Basis des ersten Schalttransistors Q11 angeschlos sen.In the circuit shown in FIG. 5, the driver circuit 21 , which includes an error amplifier 12 and a pulse width modulator circuit 14 for driving the second switching transistor Q12, is connected via a series resistor R16 to the base of the second switching transistor Q12 of the direct current-direct current converter 18 connected. A detection circuit 20 for detecting the off switching operation of the second switching transistor Q12, which is based on a berschaltung of the dri 21 emitted signal, and a control driver TIC 19 to start operating the first switching transistor Q11 are connected between the driver circuit 21 and the base of the first switching transistor Q11 connected.
Die Treiberschaltung 21 besteht aus einem Impulstransformator T12, der eine Primärwindung n14 und eine Sekundärwindung n15 hat, der Impulsbreiten-Modulatorschaltung 14 und dem Fehlerverstärker 12.The driver circuit 21 consists of a pulse transformer T12, which has a primary winding n14 and a secondary winding n15, the pulse width modulator circuit 14 and the error amplifier 12 .
Die Erfassungsschaltung 20 besteht aus einem Kondensator C13, einem Konden sator C14, einem Widerstand R11, einem Widerstand R12, einer Diode 11 und stimmt mit der in Fig. 1 gezeigten Erfassungsschaltung 10 überein.The detection circuit 20 consists of a capacitor C13, a capacitor C14, a resistor R11, a resistor R12, a diode 11 and corresponds to the detection circuit 10 shown in FIG. 1.
Die Steuerungs-Treiberschaltung 19 besteht aus einem monostabilen Multivibra tor 13, einem Widerstand R13, einem Widerstand R14, einem Widerstand R15, ei nem Kondensator C15 und ist in seiner Funktion gleichwertig zu der in Fig. 1 ge zeigten Steuerungs-Treiberschaltung 9.The control driver circuit 19 consists of a monostable multivibra gate 13 , a resistor R13, a resistor R14, a resistor R15, a capacitor C15 and is functionally equivalent to the control driver circuit 9 shown in FIG. 1.
Desweiteren ist an die Steuerungs-Treiberschaltung 19 eine Gleichspannungs quelle VDC angeschlossen, welche an eine Ausgangsklemme des Fehlerverstär kers angeschlossen ist, an den Gleichspannung der Gleichrichtungs-Glättungs schaltung an einer Stelle angelegt wird, die näher an der Ausgangsseite liegt, als die Sekundärwindung des Umspanntransformators T11.Furthermore, a DC voltage source V DC is connected to the control driver circuit 19 , which is connected to an output terminal of the error amplifier, to the DC voltage of the rectification smoothing circuit is applied at a point which is closer to the output side than the secondary winding of the Transformer transformer T11.
Mit 15a und 15b werden Eingangsklemmen des Wechselstrom-Gleichstrom- Wandlers bezeichnet, die mit der Leitung einer kommerziellen Spannungsquelle verbunden sind.With 15 a and 15 b input terminals of the AC-DC converter are referred to, which are connected to the line of a commercial voltage source.
Das Betriebsverhalten der in Fig. 5 gezeigten Schaltung ist im wesentlichen iden tisch zu dem der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, mit der Ausnahme, daß durch die Anwesenheit der Erfassungsschaltung 20 der erste Schalttransistor Q11 sofort nach Ausschalten des zweiten Schalttransistors Q12 angeschaltet wird; und der erste Schalttransistor Q11 wird ausgeschaltet, bevor der zweite Schalttransistor Q12 angeschaltet wird.The operational behavior of the circuit shown in Fig 5 is essentially identical table to which the circuit shown in Figure 1, with the exception that the first switching transistor Q11 is turned on immediately after turning off the second switching transistor Q12 by the presence of the detection circuit 20..; and the first switching transistor Q11 is turned off before the second switching transistor Q12 is turned on.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführung ist, ebenso wie die in Fig. 1 gezeigte, für Wech selstrom-Gleichstrom-Wandler verwendbar, die mit andersartigen Vorrichtungen zur Rückführung des vom Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerausgehenden Stroms versehen sind.The embodiment shown in FIG. 5, like the one shown in FIG. 1, can be used for AC-DC converters which are provided with different types of devices for returning the current emanating from the DC-DC converter.
Fig. 6 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, worin der Gleich strom-Gleichstrom-Wandler 18, dessen Diode D13 zwischen der dem zweiten Schalttransistor Q12 zugewandten Anschlußseite der Drosselspule L11 und ei nem ersten Verbindungspunkt 16 angeschlossen ist, zwischen dem ersten Verbin dungspunkt 16 und einem zweiten Verbindungspunkt 17 angeschlossen ist. Fig. 6 shows another embodiment of the invention, wherein the DC-DC converter 18 , the diode D13 is connected between the second switching transistor Q12 facing connection side of the inductor L11 and a first connection point 16 , between the first connection point 16 and one second connection point 17 is connected.
Fig. 7 zeigt eine nochmals andere erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18, der einen MOSFET-Schalttransistor als zweiten Schalttransistor Q14 verwendet, zwischen dem ersten Verbindungspunkt 16 und dem zweiten Verbindungspunkt 17 angeschlossen ist. Fig. 7 shows still another embodiment of the invention, wherein the DC-DC converter 18, using a MOSFET switching transistor and second switching transistor Q14 is connected between the first connection point 16 and the second connecting point 17..
Während mit Bezugnahme auf die in Fig. 1 und 3 bis 7 gezeigten Schaltungen der Fall beschrieben wurde, in dem der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler den Durchlaßtyp benutzt, kann man leicht ersehen, daß die Erfindung ebenso in dem Falle angewendet werden kann, wo der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler den Rücklauftyp verwendet.While the case where the AC-DC converter uses the forward type has been described with reference to the circuits shown in Figs. 1 and 3 to 7, it can be easily seen that the invention can also be applied in the case where the AC-DC converter uses the return type.
In den in Fig. 2 gezeigten Strom- und Spannungswellenformen, die das Betriebs verhalten an verschiedenen Punkten in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung darstel len, wurde die günstigste Betriebsart beschrieben, bei der sich die Ströme I3 und I4 überhaupt nicht überlappen. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch nur verlangt, daß sich die Oberschwingungen der Ströme I3 und I4 nicht überlappen, da es das Hauptziel der Erfindung ist, den Spitzenwert des in dem Wechselstrom- Gleichstrom-Wandlers fließenden Stroms niedrig zu halten. Dadurch ist es mög lich, daß sich die Ströme I3 und I4 während des Zeitraums, in dem der Strom I4 niedrig ist, leicht überlappen. Dies trifft auch auf die in Fig. 3 bis 7 gezeigten Schaltungen zu.In the current and voltage waveforms shown in FIG. 2, which represent the operating behavior at various points in the circuit shown in FIG. 1, the cheapest mode of operation has been described in which the currents I 3 and I 4 do not overlap at all. In the present invention, however, it is only required that the harmonics of the currents I 3 and I 4 do not overlap, since the main aim of the invention is to keep the peak value of the current flowing in the AC-DC converter low. This makes it possible for the currents I 3 and I 4 to overlap slightly during the period in which the current I 4 is low. This also applies to the circuits shown in FIGS. 3 to 7.
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