1. Gebiet der
Erfindung1. Area of
invention
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, welcher so ausgelegt ist, daß er einen
verbessertem Leistungsfaktor erzielt, und dabei die Erzeugung von Spannungsstörungen und
Oberschwingungen in den Versorgungsleitungen minimiert.The present invention relates
on an AC-DC converter, which is designed to be a
improved power factor, while generating voltage disturbances and
Harmonics in the supply lines minimized.
In der nicht vorveröffentlichten, JP 05-184146 A hat
der Erfinder einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler vorgeschlagen,
bei dem ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
zwischen Ausgangsklemmen eines Gleichrichters angeschlossen ist,
der sich an der Eingangsseite des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers befindet,
wodurch ein verbesserter Leistungsfaktor erzielt wird.In the unpublished, JP 05-184146 A the inventor proposed an AC-DC converter in which a step-down DC-DC converter is connected between output terminals of a rectifier located on the input side of the AC-DC converter, thereby achieving an improved power factor.
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 to be
Power factor is improved by the fact that 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 the voltage between
the terminals of an output capacitor of the DC-DC converter.
In 8 der
beigefügten
Zeichnungen ist ein Schaltplan dargestellt, der ein Beispiel 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 wobei eine Gleichrichtungs-Glättungsschaltung, die aus einer
Gleichrichterdiode D31, einer Frwilaufdiode D32, einer Drosselspule
L31 und einem Glättungskondensator
C31 besteht, mit der Sekundärwindung
n32 eines Umspanntransformators T31 verbunden ist.In 8th In the accompanying drawings, there is shown a circuit diagram showing an example of the AC-DC converter proposed in the above-mentioned Japanese patent application, wherein the primary winding n31 of a transformer T31 and a first switching transistor Q31 are connected to each other via output terminals of a rectifier 31 are connected in series; and wherein a rectification smoothing circuit consisting of a rectifier diode D31, a spring-running 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 Verbindungspunkt 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 negativseitigen
Ausgangsklemme des Gleichrichters 31 und dem Schalttransistor
Q31 befindet, angebracht.A step-down DC-DC converter 35 is between a first connection point 36 that is 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 that is 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 Freilaufdiode D33, eine Rückstrom-Verhinderungs-Diode
D34, eine Impulsbreiten-Modulatorschaltung 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 freewheeling 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 Filterschaltung gebildet.In the second switching transistor Q32, which is of the NPN type, the emitter is with the first connection point 36 and its collector connected to the choke coil L32. The output capacitor C33 is between the other end of the choke coil L32 and the second connection point 37 connected. A filter circuit is formed by the choke coil L32 and the output capacitor C33.
Die Freilaufdiode D33 ist mit dem
Kollektor des zweiten Schalttransistors Q32 und dem zweiten Verbindungspunkt 37 verbunden,
wobei ihre Durchlaßrichtung
so orientiert ist, daß sie
in Richtung vom zweiten Verbindungspunkt 37 zum zweiten
Schalttransistor Q32 zeigt. Die Diode D34 ist zwischen der Anschlußklemme
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 freewheeling diode D33 is connected to the collector of the second switching transistor Q32 and the second connection point 37 connected, with its forward direction oriented so that it towards the second connection point 37 to the second switching transistor Q32. The diode D34 is between the terminal of the output capacitor C33, which is at a higher potential, and the first connection point 36 attached with its forward direction in the direction from the output capacitor C33 to the first connection point 36 is oriented.
In 8 bezeichnet
V31 die Ausgangsspannung des Gleichrichters 31,
I31 bezeichnet 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 8th 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 in the DC-DC converter 35 flows, and I 33 denotes a current flowing through the primary winding of the transformer T31 and the first switching transistor Q31.
Der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler funktioniert
folgendermaßen:
Zuerst, während
die Klemmenspannung des Ausgangskondensators C33 des Gleichstrom-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 Umspanntransformators T31 und zum ersten Schalttransistor Q31.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Ausgangsstrom 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 , becomes the output capacitor 33 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 rectifier output current I 31 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 gezwungen, 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 gezwungen, durch die Frimärwindung
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, thereby causing the current I 34 serving as the charging current for the output capacitor C33 to flow into the DC-DC converter 35 is effected. At this point, the rectifier 31 supplied current I 33 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 8 wird
der Kondensator C32 zum Zwecke der Unterbindung von hochfrequentem Schaltungsrauschen
im ersten Schalttransistor bereitgestellt, und er kann weggelassen
werden.In 8th The capacitor C32 is provided in the first switching transistor for the purpose of suppressing high-frequency circuit noise and can be omitted.
Als Ergebnis des zuvor beschriebenen
Betriebsverhaltens, hat der im Schaltplan der 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 erzielt 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 Be drive behavior, has in the circuit diagram of the 8th shown current I 31 has a larger phase angle than the input current of the AC-DC converter 35 which uses a capacitor input rectifier circuit so that an improved power factor is achieved. This provides an AC-DC converter in which the generation of voltage disturbances and harmonics in the supply voltage line is reduced.
Es maß hier angemerkt werden, daß der Ausgangsstrom
I31 des im Schaltplan von 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 was noted here that the output current I 31 of the circuit diagram of 8th shown rectifier 31 is a current which arises from the averaging of the combination of the pulse-like currents I 33 and I 34 carried out by the capacitor C32, which is achieved by means of the first switching transistor Q31 and the second switching transistor Q32 of the DC-DC converter 35 be 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 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 referred to 9 described.
9 zeigt
Strom- und Spannungs-Wellenformen, die an verschiedenen Punkten
der in 8 gezeigten Schaltung
auftreten, wobei die Spannung V31 und die
Ströme
I31,I33, I34 und I32 gezeigt
werden. Der Strom I32 entspricht einer Wellenform,
die auftritt, wenn der Ausgangsstrom des Gleichrichters 31 nicht gemittelt
wird. 9 shows current and voltage waveforms that appear at different points in the 8th circuit shown occur, the voltage V 31 and the currents I 31 , I 33 , I 34 and I 32 are shown. 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 9 dargestellten Anteil enthält, wenn
der Ausgangskondensator C33 nicht mit dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
verbunden ist. Wenn der Ausgangskondensator C33 damit verbunden
ist, nimmt die Ausgangsspannung V31 des
Gleichrichters 31 eine wie durch die durchgezogenen Linien
dargestellte Wellenform an, was aufgrund 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 looks like a broken line in 9 portion shown includes when the output capacitor C33 is not connected to the DC-DC converter. When the output capacitor C33 is connected to it, the output voltage V 31 of the rectifier increases 31 indicates a waveform as shown by the solid lines, due to the fact that the output capacitor C33 is continuously charged and discharged.
In 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 9 dargestellt ist.In 9 the output current I 32 is shown as if it contained a large number of components, each represented by a vertical line. In reality, however, each such component contains currents I 33 and I 34 , as shown in the enlargement below 9 is shown.
In der in 8 gezeigten Schaltung werden der erste
Schalttransistor Q31 und der zweite Schalttransistor Q32 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 35 unabhängig 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 in 8th circuit shown, the first switching transistor Q31 and the second switching transistor Q32 of the DC-DC converter 35 operated independently. 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 9 unten gezeigt wird, überschneiden
sich I33 und I34,
die den Strom I32 ergeben, auch nicht.In the event that "ON" states do not overlap, as is shown on the left side of the increase in current I32 in the 9 Shown below, I 33 and I 34 , which give current I 32 , do not overlap either.
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 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 FIG 9 shown enlargement, the peak value of the current I 32 tends to be increased.
Falls der Spitzenwert des Stroms
I32 derartig vergrößert wird, kann es möglicherweise
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
Problem besteht darin, daß die
Kapazität
des Kondensators 32 erhöht
werden sollte, um einen Versuch zu unternehmen, das Einwirken des durch
Schaltvorgänge
verursachten 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 of the switching noise to the commercial supply line.
Das den Oberbegriff bildende US-Patent
Nr. 4,949,234 offenbart
eine Leistungsfaktor-Konekturschaltung (power factor correction
circuit – PFCC), die
eine Abwärts-Wandler-Schaltungsanordnung aufweist,
die im wesentlichen ähnlich
zu dem in der 8 gezeigten
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 35 ist, der einen Schalttransistor,
eine Drosselspule, einen Glättungskondensator,
eine Freilaufdiode sowie eine Rückstromverhinderungsdiode
umfaßt,
wobei der Schalttransistor so angeordnet ist, daß er in Abhängigkeit von der Beziehung
zwischen einer gleichgerichteten Ausgangsspannung des Gleichrichters
und einer an dem Glättungskondensator
geladenen Spannung ein- oder
ausgeschaltet wird.The generic US Patent No. 4,949,234 discloses a power factor correction circuit (PFCC) which has step-down converter circuitry substantially similar to that in FIG 8th DC-DC converter shown 35 which includes a switching transistor, a choke coil, a smoothing capacitor, a free-wheeling diode and a reverse current preventing diode, the switching transistor being arranged to turn on or off depending on the relationship between a rectified output voltage of the rectifier and a voltage charged across the smoothing capacitor becomes.
Wenn ein Schaltregler an den Ausgang
der Leistungsfaktor-Konekturschaltung angeschlossen ist, wird bei
der Anordnung gemäß diesem
US-Patent jedoch der Schalttransistor in der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung
unabhängig
von dem Hauptschalttransistor des Schaltreglers in Betrieb genommen.
Dieses bewirkt jedoch das gleiche Problem wie bei der unter Bezugnahme
auf 9 beschriebenen Schaltungsanordnung
der 8, wobei das Problem darin
liegt, daß ein
Rauschen aufgrund der Tatsache vergrößert wird, daß ein in
der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung fließender Strom und ein in dem Hauptschalttransistor
fließender
Strom einander überlagert
werden.In the arrangement according to this US patent, however, when a switching regulator is connected to the output of the power factor configuring circuit, the switching transistor in the power factor correction circuit is put into operation independently of the main switching transistor of the switching regulator. However, this causes the same problem as that with reference to FIG 9 described circuit arrangement of 8th The problem is that noise is increased due to the fact that a current flowing in the power factor correction circuit and a current flowing in the main switching transistor are superimposed on each other.
Dem entsprechend ist es ein Anliegen
der Erfindung, einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler anzugeben,
der so konstruiert ist, daß die
Effekte minimiert werden, 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 verfügbaren
Versorgungsspannung auszuwirken.Accordingly, it is a concern of the invention to provide an AC-DC converter that is designed to minimize the effects that result from connecting a step-down DC-DC converter to the output terminals of a rectifier that is attached to the input of an AC-DC converter as described above. The generation of the noise caused by switching operations should also be minimized tends to affect lines of commercially available supply voltage.
Kurzgesagt wird gemäß der Erfindung
ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler bereitgestellt, in dem Ausgangklemmen
eines Gleichrichters mit einer Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung verbunden
sind, und der mit einer Primärwindung
eines Umspanntransformators und einem ersten Schalttransistor in
Reihe geschaltet ist; wobei durch Kontrolle der "ON"-Zustände des
ersten Schalttransistors Gleichstrom aus einer mit der Sekundärwindung
des Umspanntransformators verbundenen Gleichrichter-Glättungsschaltung
bezogen werden kann; wobei ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler,
der einen zweiten Schalttransistor 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 aufeinander 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
angeschaltet wird, wenn der Schaltzeitpunkt der zweiten Schalttransistors
erfaßt
wird.In short, according to the invention
an ac to dc converter is provided in the output terminals
of a rectifier connected to a line of the commercial supply voltage
are, and that with a primary turn
a transformer and a first switching transistor in
Series is connected; by controlling the "ON" states of the
first switching transistor direct current from a with the secondary turn
of the transformer transformer connected rectifier smoothing circuit
can be obtained; being a step-down DC-DC converter,
which comprises a second switching transistor, between a first connection point, the
between the positive-side output terminal of the rectifier
and the primary turn
of the transformer and a second connection point between
the rectifier output terminal on the negative side,
and is connected to the first switching transistor; and where the from
Step-down DC-DC converter
direct current output to the above-mentioned first connection point
returned
is characterized, thereby achieving an improved power factor
through the provision of coordinated devices
Control of the first and second switching transistors, the
second switching transistor is turned on when the switching time
of the first switching transistor is detected, or the first switching transistor
is turned on when the switching time of the second switching transistor
detected
becomes.
Man erkennt, daß in dem erfindungsgemäßen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
eine Primärwindung
eines Umspanntransformators und ein erster Schalttransistor in Reihe
miteinander und zwischen die Ausgangsklemmen eines Gleichrichters geschaltet
sind, der an die Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung angeschlossen
ist; des weiteren wird ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zwischen
den Ausgangsklemmen des Gleichrichters angeschlossen; und der erste
Schalttransistor des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers und der zweite Schalttransistor
des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers werden aufeinander abgestimmt
angesteuert.It can be seen that in the AC-DC converter according to the invention
a primary turn
a transformer and a first switching transistor in series
connected to each other and between the output terminals of a rectifier
are connected to the line of the commercial supply voltage
is; Furthermore, a DC-DC converter is 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 matched to each other
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 verhindern, daß durch
Schaltvorgänge
verursachtes Rauschen, das durch elektromagnetische Induktion ausgelöst wird,
auf die Leitung der kommerziellen Wechselspannungs-Versorgung einwirkt.
Des weiteren kann der Kondensator, der zur Verhinderung des Einwirkens
des durch Schaltvorgänge
verursachten Rauschens auf die Leitung der kommerziellen Versorgungsspannung
bereitsteht, miniaturisiert werden. Erfindungsgemäß wird somit
ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler bereitgestellt, 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 that in the AC-DC converter
flows,
kept from getting too big
and the flow rate
of the current is averaged, making it possible to prevent
switching operations
noise caused by electromagnetic induction,
acts on the management of the commercial AC voltage supply.
Furthermore, the capacitor can be used to prevent exposure
of switching operations
caused noise on the line of the commercial supply voltage
is ready to be miniaturized. According to the invention
an ac-to-dc converter provided so constructed
is 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 ersichtlich werden.Other concerns, properties and
Advantages of the invention will become apparent from the following explanation
can be seen in conjunction with the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
1 einen
Schaltplan einer erfindungsgemäßen Ausführung eines
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers. 1 a circuit diagram of an embodiment of an AC-DC converter according to the invention.
2 Strom-
und Spannungs-Wellenformen, die in dem in 1 gezeigten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
auftreten. 2 Current and voltage waveforms in the in 1 AC-DC converter shown occur.
3 einen
Schaltplan, der ein Beispiel für den
Fall zeigt, daß die
in 1 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform
auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
angewendet worden ist, der einen anderen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält. 3 a circuit diagram showing an example in the event that the in 1 shown embodiment of the invention has been applied to an AC-DC converter, which contains another DC-DC converter.
4 einen
Schaltplan, der ein weiteres Beispiel für den Fall zeigt, in dem die
in 1 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform
auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler angewendet worden ist,
der einen anderen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält. 4 a circuit diagram showing another example of the case where the in 1 shown embodiment of the invention has been applied to an AC-DC converter, which contains another DC-DC converter.
5 einen
Schaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers. 5 a circuit diagram of another embodiment of an AC-DC converter according to the invention.
6 einen
Schaltplan, der ein Beispiel für den
Fall zeigt, daß die
in 5 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform
auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
angewendet worden ist, der einen anderen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält. 6 a circuit diagram showing an example in the event that the in 5 shown embodiment of the invention has been applied to an AC-DC converter, which contains another DC-DC converter.
7 einen
Schaltplan, der ein weiteres Beispiel für den Fall zeigt, daß die in 5 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform
auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler angewendet worden ist,
der einen anderen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält. 7 a circuit diagram showing another example in the event that the in 5 shown embodiment of the invention has been applied to an AC-DC converter, which contains another DC-DC converter.
8 einen
Schaltplan des in der nicht vorveröffentlichten JP 05-184146A offenbarten
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers. 8th a circuit diagram of the in the not pre-published JP 05-184146A disclosed AC-DC converter.
9 Strom-
und Spannungs-Wellenformen, die in dem in 8 gezeigten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
auftreten. 9 Current and voltage waveforms in the in 8th AC-DC converter shown occur.
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformendescription
of the preferred embodiments
Mit Bezugnahme auf 1 der beigefügten Zeichnungen wird nun der
einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
entsprechende Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler erläutert werden.With reference to 1 In the accompanying drawings, the AC-DC converter corresponding to a first embodiment of the present invention will now be explained.
In 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 Sekundärwindungen
des Umspanntransformators und eine Gleichrichtungs-Glättungsschaltung,
die hieran anzuschließen
sind, nicht gezeigt.In 1 the primary winding n1 is one Transformer transformer T1 and a first switching transistor Q1 with each other in series and between the output terminals of a rectifier 1 connected. For the sake of simplicity, the secondary turns of the transformer transformer and a rectification smoothing circuit to be connected thereto 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 Ausgangklemme eines Fehlerverstärkers angeschlossen ist, die
näher an
der Ausgangsseite liegt als die Sekundärwindung des Umspanntransformators
T1, und mit einer von der Gleichrichtungs-Glättungsschaltung 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 transformer transformer T1, and to one of the rectification smoothing circuit outgoing DC voltage is supplied.
Ein Abwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 8 ist
mit einem ersten Verbindungspunkt 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 Schalttransistor Q1
verbunden.A step-down DC-DC converter 8th is with 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 switching transistor Q1.
Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 8 umfaßt einen
zweiten Schalttransistor Q2, eine Drosselspule L1, einen Ausgangskondensator
C2, eine Freilaufdiode D2, eine Rückfuhrstrom-Verhinderungs-Diode
D3, und einen Vorwiderstand R6.The DC-DC converter 8th comprises a second switching transistor Q2, a choke coil L1, an output capacitor C2, a freewheeling diode D2, a return current prevention diode D3, and a series resistor R6.
Der Kollektor des zweiten Schalttransistors Q2
ist mit dem ersten Verbindungspunkt 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 Freilaufdiode D2 aufbaut.The collector of the second switching transistor Q2 is at the first connection point 6 connected; its basis is with a control driver circuit 9 connected through the series resistor R6; and its emitter is connected to a filter which is built up from the choke coil L1, the output capacitor C2 and the freewheeling diode D2.
Die Rückfuhrstrom-Verhinderungs-Diode
D3 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Anschlußklemme
des Ausgangskondensators C2, die sich auf höherem Potential befindet, und
der Drosselspule L1 sowie dem ersten Verbindungspunkt 6 so verbunden,
daß die
Durchlaßrichtung
der Diode 3 vom Ausgangskondensator C2 zum ersten Verbindungspunkt 6 zeigt.The feedback 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 choke coil L1 and the first connection point 6 connected so that the forward direction of the diode 3 from the output capacitor C2 to the first connection point 6 shows.
Ein Kondensator C1 mit niedrigerer
Kapazität
zur Absorption des hochfrequenten Schalterrauschens ist mit den
Ausgangsklemmen des Gleichrichters 1 verbunden.A capacitor C1 with a lower capacitance to absorb the high-frequency switch noise is connected to the output terminals of the rectifier 1 connected.
Der Umspanntransformator T1 enthält zusätzlich zur
Primärwindung
n1 und zur nicht in 1 gezeigten
Sekundärwindung
eine Tertiärwindung
n3. Die Tertiärwindung
n3 ist mit einer Erfassungsschaltung 10 zur Erfassung des
Ausschaltvorgangs des ersten Schalttransistors Q1 verbunden.The transformer transformer T1 contains n1 in addition to the primary winding and not in 1 shown secondary turn a tertiary turn n3. The tertiary turn n3 is with a detection circuit 10 connected to detect the turn-off process of the first switching transistor Q1.
Die Erfassungsschaltung 10 besteht
aus einem Kondensator C3, einem Widerstand R1, einem Widerstand
R2, einer Gleichrichterdiode D1 und einem Kondensator 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 Tertiärwindung n3 geschaltet.The capacitor C3 and the resistor
R1 form a differentiating circuit, and are in series with each other
connected between the output terminals of the tertiary winding n3.
Die Reihenschaltung des Widerstands
R2 und der Gleichrichterdiode D1 wird parallel 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 becomes parallel to the resistor R1
connected, the cathode of diode D1 is connected to the connection point
connected between resistor R1 and capacitor C3.
Des weiteren wird der zur Diode D1
zeigende Anschluß des
Widerstands R2 über
den Kondensator C4 mit der Steuerungs-Treiberschaltung 9 verbunden,
während
sein anderer Anschluß mit
dem (–)-seitigen
Anschluß des
Gleichrichters 1 verbunden wird.Furthermore, the connection of the resistor R2 pointing to the diode D1 via the capacitor C4 with the control driver circuit 9 connected while its other terminal is connected to the (-) side terminal of the rectifier 1 is connected.
Die Steuerungs-Treiberschaltung 9 besteht aus
einem Vorwiderstand R3, einem monostabilen Multivibrator 3,
den Widerständen
R4 und R5 und einem Kondensator 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 Ausgangsklemme der Erfassungsschaltung 10 verbunden,
und die Triggereingangsklemme ist über den Vorwiderstand R3 auch
mit der Vorspannungsquelle VCC verbunden.The trigger input terminal of the monostable multivibrator 3 is with the output terminal of the detection circuit 10 connected, and the trigger input terminal is also connected to the bias voltage source VCC 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 verbunden ist.Resistors R4 and R5 and capacitor C5, which form the timing circuit, are connected in series to bias source VCC, with the other end of capacitor C5 being connected to the second connection point 7 connected is.
Der Verbindungspunkt zwischen dem
Widerstand R5 und dem Kondensator C5 ist mit der Zeitgeber-Eingangsklemme
des monostabilen Multivibrators 3 verbunden, 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 with the timer input terminal of the monostable multivibrator 3 connected, and the connection point between the resistors R4 and R5 is with the output terminal of the error amplifier 2 connected.
Die Eingangsklemme des Fehlerverstärkers 2 ist
mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Ausgangskondensator C2 und
der Drosselspule L1 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 verbunden.The input terminal of the error amplifier 2 is with the connection point between the output capacitor C2 and the choke coil L1 of the DC-DC converter 8th connected.
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 VCC.
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 Widerstands R6
angeschlossen, der mit der Basis des zweiten Schalttransistors Q2
verbunden ist.The secondary winding n5 of the pulse transformer T2 is between the emitter of the second switching transistor Q2 of the DC-DC converter 8th and connected to the end of a 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 1 zeigen Anschlüsse des
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers, die mit der Leitung der kommerziellen
Versorgungsspannung verbunden sind; I1 bis
I4 sind Ströme, die in entsprechenden Punkten
im Stromkreis fließen,
und V0, V1 bis V5 sind Spannungen an entsprechenden Punkten
in der Schaltung. Eine ausführliche Erklärung wird
mit Bezug auf 2 gegeben.reference numeral 5a and 5b in 1 show connections of the AC-DC converter, which are connected to the line of the commercial supply voltage; I 1 through I 4 are currents flowing at corresponding points in the circuit, and V 0 , V 1 through V 5 are voltages at corresponding points in the circuit. A detailed explanation is provided with reference to 2 given.
Der wie oben erläutert aufgebaute Schaltkreis
funktioniert so wie der in 8 gezeigte,
der in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert worden
ist, so daß der
Ausgangskondensator C2 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 veranlaßt wird, einen
Entladezustand anzunehmen, wenn die Klemmenspannung des Ausgangskondensators
C2 höher ist
als die Ausgangsspannung des Gleichrichters 1.The switching constructed as explained above circle works like the one in 8th shown, which has been explained in connection with the prior art, so that the output capacitor C2 of the DC-DC converter 8th is caused 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 Umspanntransformator T1 und den Schalttransistor Q1 gegeben.If the output capacitor
C2 is in the discharge state, a current is drawn from there through the
Recycle stream-prevention diode
D3 given to the 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 8th is lower than the rectifier output voltage 1 , the output capacitor C2 is forced to charge.
In diesem Falle wird der Strom I4 veranlaßt, im Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
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 I3 dort hindurch fließen kann.Furthermore, at this point in time a current from the rectifier 1 given to the transformer T 1 and the first switching transistor Q1 so that the current I3 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, wohingegen wenn sich
der Kondensator C2 in einem Aufladezustand befindet, der Strom I1, welcher die Summe des Ladestroms I4 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, there is no current to the rectifier 1 can flow, whereas when the capacitor C2 is in a charging state, the current I 1 , which is the sum of the charging current I4 of the output capacitor C2 and the current I 3 flowing to the transformer transformer T1 and the first switching transistor Q1, to the rectifier 1 can flow.
Somit wird der Phasenwinkel des Eingangsstroms
größer als
im Fall des herkömmlichen
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers, der an seiner Eingangsseite eine
Gleichrichter-Glättungsschaltung
mit einem Kondensatoreingang verwendet, so daß der Leistungsfaktor erhöht werden
kann, wie dies bei der in 8 gezeigten
Schaltungsanordnung der Fall ist.Thus, the phase angle of the input current becomes 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 8th circuit arrangement shown is the case.
2 zeigt
Strom- und Spannungswellenformen, die in der in 1 gezeigten Schaltung während des
Zeitabschnitts auftreten, in dem der Strom I1 zum
Gleichrichter 1 fließen
kann. 2 shows current and voltage waveforms in the in 1 shown circuit occur during the period in which the current I 1 to the rectifier 1 can flow.
Mit Bezugnahme auf 2 wird nun eine Beschreibung des während dieses
Zeit abschnitts stattfindenden Betriebsverhaltens der in 1 gezeigten Schaltung gegeben.With reference to 2 will now be a description of the operating behavior of the in 1 given circuit shown.
In 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 2 I 3 is a current flowing to the primary winding n1 of the transformer transformer T1 of the AC-DC converter and the first switching transistor Q1, and I 4 is a current flowing in the DC-DC converter 8th flows.
In 1 ist
I1 der Ausgangsstrom des Gleichrichters 1, in welchem durch
Schaltvorgänge verursachtes
Rauschen gemittelt worden ist, und in 2 ist
I2 ein nichtgemittelter Ausgangsstrom des Gleichrichters 1.In 1 I1 is the rectifier output current 1 , in which noise caused by switching operations has been averaged, and in 2 I 2 is a non-averaged rectifier output current 1 ,
Der Strom In besteht aus einer Kombination der
Ströme
I3 und I4, welche
dem in 9 gezeigten Strom
I32 entspricht. V0 ist
die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des ersten Schalttransistors
Q1.The current In consists of a combination of the currents I 3 and I 4 , which the in 9 current I 32 shown corresponds. 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
Widerstand 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 which forms part of the differentiating circuit; and V 3 is a voltage that drops across resistor R2 after voltage V 2 has been rectified by diode D1.
V4 ist eine
Spannung, die an der Triggereingangsklemme des monostabilen Multivibrators 3 anliegt,
nachdem eine Vorspannung von der Spannungsquelle VCC angelegt
worden ist, zu der die Spannung V3 über den
Widerstand R3 hinzugefügt wird.V 4 is a voltage applied to the trigger input terminal of the monostable multivibrator 3 is present 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 anzutreiben, 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 V1 erhalten 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 turn n3 of the transformer T1 and the voltage V 2 obtained 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 gegeben 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 due to the monostable multivibrator 3 is given, and that of the monostable multivibrator 3 output voltage V5 remains zero. Thus, the second switching transistor Q2 is turned off and the current I4 is zero.
Falls der erste Schalttransistor
Q1 zum Zeitpunkt t2 ausgeschaltet wird, wird der durch den ersten
Schalttransistor Q1 fließende
Strom I3 gleich Null, und die Spannung V0 liegt zwischen dem Kollektor und dem Emitter
des ersten Schalttransistors Q1 an.If the first switching transistor Q1 is switched off at the time t2, the current I 3 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 Spannung 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 V 1 induced in the tertiary winding n3 of the transformer T1 is forced to drop very quickly, and the voltage V 2 obtained by differentiating the voltage V 1 then drops in the form of a peak.
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 rectifier 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 daran anschließend wird
die Spannung V4 an den monostabilen Multivibrator 3 gelegt.By adding a bias voltage from the bias voltage source V CC through the resistor R3, the voltage V 3 is converted to the voltage V 4 , and then the voltage V 4 to the monostable multivibrator 3 placed.
Wenn die Spannung V4 daran angelegt
wird, erlaubt es der monostabile Multivibrator 3 der Spannung
V5 während
der Ladezeit des Kondensators C5 anzusteigen, 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 allows it 3 the voltage V5 to rise during the charging time of the capacitor C5, which 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 is set.
Die Spannung V5, welche angestiegen
ist, wird über
die Primärwindung
n4 des Impulstransformators T2 und dessen Sekundärwindung n5 sowie den Vorwiderstand
R6 an die Basis des zweiten Schalttransistors Q2 gelegt, so daß dieser
angeschaltet wird.The voltage V5, which rose
is over
the primary turn
n4 of the pulse transformer T2 and its secondary winding n5 and the series resistor
R6 to the base of the second switching transistor Q2, so that this
is turned on.
Währenddessen
wird der Strom I4 veranlaßt, zum
Ausgangskondensator C2 durch den zweiten Schalttransistor Q2 und
die Drosselspule L 1 zu fließen,
so daß der
Ausgangskondensator C2 geladen wird.Meanwhile
the current I4 is caused to
Output capacitor C2 through the second switching transistor Q2 and
to flow the choke coil L 1,
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 that of the monostable multivibrator 3 obtained voltage V 5 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 1 gezeigten Ausführung, der
zweite Schalttransistor Q2 sofort angeschaltet, nach dem der erste
Schalttransistor Q1 ausgeschaltet worden ist, und der zweite Schalttransistor
Q2 wird ausgeschaltet, bevor der erste Schalttransistor Q1 angeschaltet
wird.As explained above, in the 1 In the embodiment shown, 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 elektromagnetische 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
kommerziellen Versorgungsspannung einzuwirken.As a result, 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 line of the commercial supply voltage act. 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 nicht vorveröffentlichen JP 05-184146A vorgeschlagene
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, auf dem die vorliegenden Erfindung beruht,
ist so ausgelegt, daß ein
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zwischen den Ausgangsklemmen eines
Gleichrichters angeschlossen ist, welcher auf der Eingangsseite
des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers bereitgestellt wird, und vom
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler an den Ausgang des Gleichrichters
ausgegebene Gleichspannung zurückgeleitet
wird.The in the not pre-publish JP 05-184146A The proposed AC-DC converter on which the present invention is based is designed so that a DC-DC converter is connected between the output terminals of a rectifier, which is provided on the input side of the AC-DC converter, and by the DC DC converter is fed back to the output of the rectifier output DC voltage.
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 zurückzuleiten.Various AC-DC converters
are imaginable, dependent
of the devices used for this purpose, the direct current output by the direct current-direct current converter
back to the output side of the rectifier.
In 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 1 gezeigten
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers unterscheiden.In 3 and 4 Further embodiments according to the invention are shown, the devices used for returning the direct current output by the direct current / direct current converter differing from those of the device shown in FIG 1 differentiate AC-DC converter shown.
Der in der in 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 Ausgangskondensators C2, die sich auf höherem Potential befindet, und
dem ersten Verbindungspunkt 6 angeschlossen ist, auf den
ersten Verbindungspunkt 6 zurückgeleitet wird.The in the in 1 DC-DC converter included circuit shown 8th is designed so that the energy 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 connection point 6 is connected to the first connection point 6 is returned.
Bei dem in der Schaltung in 3 angegebenen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 8 ist
die Diode D3 zwischen dem dem Schalttransistor Q2 zugewandten ersten
Ende der Drosselspule L1, das sich auf der Eingangsseite des von
der Drosselspule L1 und dem Ausgangskondensator C2 gebildeten Filters befindet,
und dem ersten Verbindungspunkt 6 angeschlossen, so daß die vom
Ausgangskondensator C2 stammende Energie durch die Drosselspule
L1 und die Diode D3 an den ersten Verbindungspunkt 6 zurückgeleitet
wird.In the in the circuit in 3 specified DC-DC converter 8th is the diode D3 between the first end of the choke coil L1 facing the switching transistor Q2, which is located on the input side of the filter formed by the choke coil L1 and the output capacitor C2, and the first connection point 6 connected so that the energy originating from the output capacitor C2 through the choke coil L1 and the diode D3 to the first connection point 6 is returned.
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 verbunden ist, verschieden sind.
In 3 sind Teile, die
denen von 1 ähnlich sind,
mit denselben Bezugsnummern oder -zeichen versehen. 1 and 3 are similar to one another in terms of circuitry and operation, with the difference that the locations to which diode D3 is connected are different. In 3 are parts that match those of 1 are similar, provided with the same reference numbers or signs.
Der in 4 gezeigte
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler benutzt einen MOSFET-Schalttransistor
als zweiten-Schalttransistor Q4.The in 4 DC-DC converter shown uses a MOSFET switching 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 4 als D4 dargestellt.
Der zweite Schalttransistor Q4 ist so angeschlossen, daß die Durchlaßrichtung
der parasitären
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 used in 4 represented as D4. The second switching transistor Q4 is connected so that the forward direction of the parasitic diode D4 with the direction of the filter consisting of the choke coil L1 and the output capacitor C2 to the first connection point 6 equivalent.
Somit wird die vom Ausgangskondensator C2
entladene Energie über
die Drosselspule L1 und die parasitäre Diode D4 an den ersten Verbindungspunkt 6 zurückgeleitet.Thus, the energy discharged from the output capacitor C2 is applied to the first connection point via the choke coil L1 and the parasitic diode D4 6 returned.
Es ist ersichtlich, daß die in 4 gezeigte Schaltungsanordnung
in Bezug auf den Betrieb ähnlich
der 1 ist, mit der Ausnahme,
daß die
Schaltungsanordnung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 8 etwas
anders ist. In 4 sind
Teile, die zu denen der 1 und 3 ähnlich sind, mit denselben
Bezugsnummern und -zeichen versehen.It can be seen that the in 4 Circuit arrangement shown in terms of operation similar to that 1 except that the circuitry of the DC-DC converter 8th is slightly different. In 4 are parts related to those of 1 and 3 are similar, provided with the same reference numbers and signs.
5 ist
ein Schaltplan, der eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. 5 10 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the invention.
Die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Ausführungsform
der Erfindung ist so ausgelegt, daß der Abschaltzeitpunkt des
ersten Schalttransistors Q1 mittels des Stroms erfaßt wird,
der durch die Primärwindung
n1 des Umspanntransformators 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 werden.The referring to 1 The described embodiment of the invention is designed such 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 is switched on in accordance with a signal resulting from the detection, so that the first and second switching transistors Q1 and Q2 are controlled coordinated.
Im Gegensatz dazu ist die in 5 gezeigte Schaltung so
ausgelegt, daß der
Abschaltzeitpunkt 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
gesteuert werden.In contrast, the in 5 Circuit shown designed so that the turn-off time of a second switching transistor Q12 is detected by a signal from a driver circuit 21 which turns on the second switching transistor Q12, and a first switching transistor Q11 is turned on in accordance with a signal resulting from the detection, so that the first and second switching transistors Q11 and Q12 are controlled in tune with each other.
Der in 5 gezeigte
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler stimmt mit dem in 1 gezeigten darin überein, daß eine Primärwindung n11 eines Umspanntransformators
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 Ausgangsklemmen des Gleichrichters 11 geschaltet ist.The in 5 AC-DC converter shown coincides with that in 1 shown therein that a primary winding n11 of a transformer T11 and the first switching transistor Q11 in series and between the output terminals of the rectifier 11 are connected, and further a DC-DC converter 18 between the output terminals of the rectifier 11 is switched.
In der in 5 gezeigten Schaltung ist die Treiberschaltung 21,
welche einen Fehlerverstärker 12 und
eine Impulsbreiten-Modulatorschaltung 14 zum Antreiben
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 Treiberschaltung 21 ausgesandten
Signal beruht, und eine Steuerungs-Treiberschaltung 19 zur
Inbetriebnahme des ersten Schalttransistors Q11 sind zwischen der
Treiberschaltung 21 und der Basis des ersten Schalttransistors
Q11 angeschlossen.In the in 5 circuit shown is the driver circuit 21 which is an error amplifier 12 and a pulse width modulator circuit 14 for driving the second switching transistor Q12 includes, via a series resistor R16 to the base of the second switching transistor Q12 of the DC-DC converter 18 connected. A detection circuit 20 for detecting the switching operation of the second switching transistor Q12, which is based on one of the driver circuits 21 emitted signal, and a control driver circuit 19 to start up the first switching transistor Q11 are between the driver circuit 21 and connected to the base of the first switching transistor Q11.
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 Kondensator C14, einem Widerstand
R11, einem Widerstand R12, einer Diode 11 und stimmt mit
der in 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 agrees with the in 1 shown detection circuit 10 match.
Die Steuerungs-Treiberschaltung 19 besteht aus
einem monostabilen Multivibrator 13, einem Widerstand R13,
einem Widerstand R14, einem Widerstand R15, einem Kondensator C15
und ist in seiner Funktion gleichwertig zu der in 1 gezeigten Steuerungs-Treiberschaltung 9.The control driver circuit 19 consists of a monostable multivibrator 13 , a resistor R13, a resistor R14, a resistor R15, a capacitor C15 and is functionally equivalent to that in 1 control driver circuit shown 9 ,
Desweiteren ist an die Steuerungs-Treiberschaltung 19 eine
Gleichspannungsquelle VDC angeschlossen,
welche an eine Ausgangsklemme des Fehlerverstärkers angeschlossen ist, an
den Gleichspannung der Gleichrichtungs-Glättungsschaltung an einer Stelle
angelegt wird, die näher
an der Ausgangsseite liegt, als die Sekundärwindung des Umspanntransformators
T11.Furthermore, the control driver circuit 19 a DC voltage source V DC is connected, which is connected to an output terminal of the error amplifier, to which the DC voltage of the rectification smoothing circuit is applied at a point closer to the output side than the secondary turn of the transformer T11.
Mit 15a und 15b werden
Eingangsklemmen des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers bezeichnet, die mit der Leitung
einer kommerziellen Spannungsquelle verbunden sind.With 15a and 15b are termed input terminals of the AC-DC converter, which are connected to the line of a commercial voltage source.
Das Betriebsverhalten der in 5 gezeigten Schaltung ist
im wesentlichen identisch zu dem der in 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 operating behavior of the in 5 The circuit shown is essentially identical to that of that in 1 circuit shown, except that by the presence of the detection circuit 20 the first switching transistor Q11 is turned on immediately after the second switching transistor Q12 is turned off; and the first switching transistor Q11 is turned off before the second switching transistor Q12 is turned on.
Die in 5 gezeigte
Ausführung
ist, ebenso wie die in 1 gezeigte,
für Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
verwendbar, die mit andersartigen Vorrichtungen zur Rückführung des
vom Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerausgehenden Stroms versehen sind.In the 5 execution shown, as well as that in 1 shown, 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.
6 zeigt
eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform,
worin der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18, dessen Diode
D13 zwischen der dem zweiten Schalttransistor Q12 zugewandten Anschlußseite der
Drosselspule L11 und einem ersten Verbindungspunkt 16 angeschlossen
ist, zwischen dem ersten Verbindungspunkt 16 und einem
zweiten Verbindungspunkt 17 angeschlossen ist. 6 shows another embodiment of the invention, wherein the DC-DC converter 18 , whose diode D13 between the connection side of the choke coil L11 facing the second switching transistor Q12 and a first connection point 16 is connected between the first connection point 16 and a second connection point 17 connected.
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. 7 shows yet another embodiment of the invention, wherein the DC-DC converter 18 , which uses a MOSFET switching transistor as the second switching transistor Q14, between the first connection point 16 and the second connection point 17 connected.
Während
mit Bezugnahme auf die in 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 referring to the in 1 and 3 to 7 the case where the AC-DC converter uses the forward type, it can easily be seen that the invention can also be applied to the case where the AC-DC converter uses the return type.
In den in 2 gezeigten Strom- und Spannungswellenformen,
die das Betriebsverhalten an verschiedenen Punkten in der in 1 gezeigten Schaltung darstellen,
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 möglich, 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 3 bis 7 gezeigten Schaltungen zu.In the in 2 Current and voltage waveforms shown that show the performance at various points in the 1 represent the circuit shown, 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 object of the invention is to keep the peak value of the current flowing in the AC-DC converter low. This allows currents I 3 and I 4 to overlap slightly during the period in which current I 4 is low. This also applies to the in 3 to 7 circuits shown.