DE2702943A1

DE2702943A1 - Netzgeraet

Info

Publication number: DE2702943A1
Application number: DE19772702943
Authority: DE
Inventors: Akio Koizumi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1977-08-04
Also published as: AU2146877A; FR2339905A1; FR2339905B1; CA1077136A; NL7700750A; US4087850A; JPS5292321A; GB1563956A; AU509396B1; DE2702943C2; JPS5855751B2

Description

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SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Netzgerät

Die Erfindung betrifft allgemein ein Netzgerät und insbesondere ein Netzgerät mit einem Kreis zur Begrenzung des Tastverhältnisses eines einem Schaltelement zugeführten Impulssignals.

Es sind stabilisierte Netzgeräte bekannt/ bei denen eine handelsübliche Wechselspannung über einen Netzstecker und einen Netzschalter einem Gleichrichter zur Umwandlung in eine Gleichspannung zugeführt wird. Diese Gleichspannung wird auf eine Reihenschaltung der Primärwicklung eines Transformators und eines Schalttransistors gegeben, dem ein in der Impulsbreite moduliertes Impulssignal eines Impulsbreitenmodulators zum Ein- und Ausschalten zugeführt wird. Auf diese Weise wird in der Sekundärwicklung des Transformators eine Wechselspannung induziert, die dann zur Erzeugung einer Gleichspannung einem Gleichrichter zugeführt wird. Diese Gleichspannung wird einem Ausgangsanschluß zugeführt.

Die dem Ausgangsanschluß zugeführte Gleichspannung wird von einem Detektorkreis ermittelt, dessen Ausgangssignal über einen Koppler zur Isolierung und Trennung wie einem

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Fotokoppler, einem Modulator als Modulationssignal zugeführt wird. Der Modulator erhält ein Impulssignal von einem Oszillator als Trägersignal. Somit wird die Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Impulses des Modulators entsprechend der Spannung am Ausgangsanschluß geändert und damit wird die Gleichspannung am Ausgangsanschluß auf einen konstanten Wert stabilisiert.

Der Modulator erzeugt z.B. ein SHgezahnsignal S., das auf dem Impulssignal des Oszillators beruht. Die Pegel des Signals S. und des Signals S, des Detektorkreises werden verglichen und damit wird ein impulsbreitenmodulierter Impuls P erzeugt, der 1 ist, wenn S. \ S, und O, wenn ^St < ^Sd·

Wenn eine an den Ausgangsanschluß angeschlossene Last groß wird, verringert sich der Pegel des Signals S, stark. Daher überschreitet dabei das Tastverhältnis des Impulses P einen festgelegten Wert (der üblicherweise etwa 70 bis 80 % beträgt) und die Modulation erreicht 100 % (Übermodulation) .

Bei diesem bekannten Netzgerät wird während der Einschaltperiode des Schalttransistors in der Primärwicklung des Transformators Energie gespeichert, die von der Sekundärwicklung des Transformators während der Ausschaltperiode des Schalttransistors abgegeben wird. Wenn somit das Tastverhältnis des Impulses P_m den festgelegten Wert überschreitet, wird der Primärwicklung ein Strom zugeführt, bevor der Ausgangsstrom der Sekundärwicklung während der Ausschaltperiode des Schalttransistors 0 wird. Daher tritt die Gefahr auf, daß der Kern des Transformators gesättigt und beschädigt wird und damit der Transformator oder der Gleichrichter ebenfalls beschädigt wird.

Außerdem kann der Fall eintreten, daß das Ausgangssignal V, des Gleichrichters Änderungen wie Brummkomponenten

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unterliegt. Wenn der Toleranzwert (Maximalwert) des Tastverhältnisses des Impulses P für den Minimalwert der

Spannung V, eingestellt wird, fließt bei dem Maximalwert der Spannung V, ein Strom größer als bei dem Minimalwert der Spannung V, in der Primärwicklung, so daß der Transformator, Transistor oder Gleichrichter aus dem gleichen, wie zuvor erläuterten Grund beschädigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzgerät zu schaffen, bei dem das Tastverhältnis des Schaltsignals, das einem Schaltelement zugeführt wird, auf seinen Maximalwert begrenzt wird, um die Schaltkreiselemente zu schützen.

Das Netzgerät gemäß der Erfindung erzeugt selbst bei einer Laständerung eine stabilisierte Ausgangsgleichspannung. Die Schaltkreiselemente werden nicht beschädigt, selbst wenn sich die Größe einer Eingangsgleichspannung ändert. Das zu modulierende Signal wird durch die Kombination eines Oszillators und eines Frequenzteilers erzeugt, so daß die Frequenz des Oszillators hoch gewählt werden und die gesamte Schaltung einfach ausgebildet werden kann. Die Ein- und Ausgangsspannungen werden ermittelt und auf der Grundlage des ermittelten Signals wird ein Schaltsignal zum Schalten eines Schaltelements erzeugt, um zu verhindern, daß die Schaltelemente, der Gleichrichter, der Transformator usw. beschädigt werden.

Das Netzgerät gemäß der Erfindung besteht aus einer Eingangsgleichspannungsquelle, einer mit der Gleichspannungsquelle verbundenen Wicklung, einem mit dieser Wicklung verbundenen Schaltelement, einem Kreis zur Erzeugung einer Wechselspannung in Abhängigkeit von der Schaltfunktion des Schaltelements, einem Kreis zur Umwandlung der Wechselspannung in eine Gleichspannung, einem Detektorkreis zur Ermittlung der Gleichspannung und zur Er-

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•fr-

zeugung eines Gleichspannungsausgangssignals in Abhängigkeit von der Gleichspannung, einem Oszillator zur Erzeugung von Impulssignalen, einem Modulator, dem das Impulssignal und das Gleichspannungsausgangssignal des Detektors zur Erzeugung impulsbreitenmodulierter Siqnale im Abhängigkeit von dem Gleichspannungsausgangssignal des Detektors zugeführt wird, einem Kreis zur übertragung der impulsbreitenmodulierten Signale zu einem Schaltelement, und einem Begrenzer zur Begrenzung des Maximalwertes des Tastverhältnisses des impulsbreitenmodulierten Signals.

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

Figur 1 ein Schaltbild eines Beispiels des Netzgerätes gemäß der Erfindung,

Figur 2A bis 2H Diagramme, aus denen in dem Netzgerät der Fig. 1 auftretende Signale hervorgehen, und

Figur 3 ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Tastverhältnis eines Schaltsignals hervorgeht.

Bei dem Beispiel der Fig. 1 wird eine handelsübliche Wechselspannung von einem Netzstecker 1 über Netzschalter zu einem Vollweg-Gleichrichter 3 geleitet, der dann eine gleichgerichtete und geglättete Spannung erzeugt und als Gleichspannungsquelle dient. Dessen Gleichspannung wird der Reihenschaltung einer Primärwicklung L₁ eines Transformators 4 und eines Transistors 5 zugeführt, der als Schaltelement dient. Der Transistor 5 erhält an seiner Basis ein Schaltsignal und wird somit geöffnet und gesperrt. Dadurch wird eine Wechselspannung in der Sekundärwicklung L₂ des Transformators 4 erzeugt, die dann auf einen zweiten Gleichrichter 6 gegeben wird, der die Wech-

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-V

seispannung in eine Gleichspannung umwandelt und sie an einen Ausgangsanschluß 7 abgibt. Die an dem Ausgangsanschluß 7 auftretende Gleichspannung wird einem Detektor 11 zugeführt» der die Größe der Gleichspannung ermittelt. Das Ausgangssignal des Detektors 11 wird über einen Koppler zur Isolierung und Trennung wie einen Fotokoppler 12 einem Modulator 13 zugeführt, der auch einen Impuls eines Oszillators 14 erhält und seine Impulsbreite in Abhängigkeit von dem ermittelten Gleichspannungsausgangssignal des Detektors 11 moduliert. Das impulsbreitenmodulierte Signal des Modulators 13 wird dem Transistor 5 als Schaltsignal zugeführt.

Der insoweit beschriebene Schaltungsaufbau ist bekannt.

Das Netzgerät in Fig. 1 hat einen Kreis, der den Maximalwert des Tastverhältnisses des dem Transistor 5 zugeführten Schaltsignals bzw. Impulses begrenzt, und einen Kreis, der den Maximalwert des Tastverhältnisses des Impulses in Abhängigkeit von der Größe der Gleichspannung des Vollweg-Gleichrichters 3 ändert. Hierzu erzeugt bei dem Netzgerät in Fig. 1 der Oszillator 14 einen Impuls P, der in Fig. 2A gezeigt ist, dessen Frequenz zu etwa 80 bis 200 kHz gewählt wird. Der Impuls P wird einem Flip-Flop 24 zugeführt, das als Frequenzteiler dient. Das Flip-Flop 24 erzeugt einen Rechteckimpuls P , dessen Tastverhältnis etwa 50 % beträgt und dessen Frequenz halb so groß wie die des Impulses P ist, wie Fig. 2B zeigt. Der Impuls P wird einem Flip-Flop 25 zugeführt, das ebenfalls als Frequenzteiler dient, und das einen Rechteckimpuls P₂ erzeugt, dessen Tastverhältnis 50 % und dessen Frequenz ein Viertel der Frequenz des Impulses P bzw. 20 bis 50 kHz beträgt. Der Impuls P₂ wird einem UND-Glied 22 zugeführt.

Die Impulse P und P₂ der Flip-Flops 24 und 25 werden einem ODER-Glied 26 zugeführt, das einen Rechteckimpuls P. erzeugt, dessen Frequenz gleich der des Impulses P₂ ist und dessen Tastverhältnis 75 % beträgt, wie Fig. 2D zeigt.

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Der Impuls P₃ wird einem UND-Glied 23 zugeführt. Die Impulse P und P- der Flip-Flops 24 und 25 werden dann einem UND-Glied 27 zugeführt, das einen Rechteckimpuls P₁ erzeugt, dessen Frequenz gleich der des Impulses P₂ ist und dessen Tastverhältnis 25 % beträgt. Der Impuls P₁ wird auf ein UND-Glied 21 gegeben.

Die Ausgangsspannung V, (Fig. 3) des Gleichrichters 3 wird einem Detektor 20 zugeführt, der den Pegel der Spannung V^ ermittelt. Der Detektor 20 führt dem UND-Glied 23 das Signal 1 zu, wenn V. ^, V₁, das Signal 1 dem UND-Glied 22, wenn V₁ <£ ^Vd ^ ^V2' ^{und das S1}9^{nal 1 dem} UND-Glied 21, wenn V^ N. V₂, wie Fig. 3 zeigt.

Wenn z.B. V, ^ V₁, gibt das UND-Glied 23 den Impuls P₃ ab und führt ihn über ein ODER-Glied 28 dem Modulator als Trägersignal zu. Der Modulator 13 integriert dann den Impuls P., um ein Sägezahnsignal S zu erzeugen, das Fig. 2F zeigt und vergleicht die Pegel des Signals S_g und des ermittelten und über den Koppler 12 zugeführten Signals S, des Detektors 11. Der Modulator 13 erzeugt somit ein impulsbreitenmoduliertes Signal P , das Fig. 2G zeigt.

Das lmpulsbreitenmodulierte Signal P wird einem UND-Glied 29 zugeführt, das auch den Impuls P. des UND-Glieds 23 über das ODER-Glied 28 erhält. Das UND-Glied 29 erzeugt einen in Fig. 2H gezeigten Impuls P₌ als UND-Ausgangs-

Cl

signal der Impulse P und P.. Der Impuls P wird auf den

m j a

Transistor 5 gegeben.

Der Transistor 5 wird mit dem Impuls P geöffnet und ge-

sperrt. Da der Impuls P_m der impulsbreitenmodulierte Impuls

ist, dessen Impulsbreite mit dem ermittelten Ausgangssignal S. moduliert wird, kann eine bestimmte Gleichspannung an dem Ausgangsanechluß 7 erhalten werden.

Der Impuls P. ist das UND-Ausgangssignal der Impulse P_ a m

und P₇, so daß das Tastverhältnis des Impulses P_ wegen «3 a

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des Impulse P. nicht größer als 75 % 1st. Dies bedeutet, wie Fig. 3 zeigt, daß bei V^ ^ V₁ der Maximalwert D des

Tastverhältnisses des Impulses P_n, der den Schaltvorganq

el

des Transistors 5 durchführt,auf 75 % begrenzt ist. Selbst wenn daher die Last groß ist, wird vermieden, daß der Kern des Transistors 4 gesättigt und der Transformator 4 und der Transistor 5 beschädigt werden und der Gleichrichter 6 zerstört wird.

Wenn V₁ ^ V. ^ V«, erhält man den Impuls P₂ über das UND-Glied 22, und wenn V. ^ V₂, erhält man den Impuls P₁ über das UND-Glied 21. Der Impuls P₂ oder P₁ wird über das ODER-Glied 28 dem Modulator 13 bzw. dem UND-Glied 29 zugeführt. Somit wird der gleiche impulsbreitenmodulierte

Impuls P von dem UND-Glied 29 erhalten und dann dem a

Transistor 5 zugeführt. Daher wird im Falle von V₁ ^ V. / V. der Maximalwert D des Tastverhältnisses des Impulses P , der zur Durchführung des Schaltvorganges des Transistors 5 dient, auf 5O % begrenzt, und im Falle von V, \ V₂ wird der Maximalwert D auf 25 % begrenzt.

Selbst wenn daher bei dem Netzgerät die Last groß ist, wird verhindert, daß der Transformator 4 und der Transistor 5 oder der Gleichrichter 6 beschädigt werden. Selbst unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung V, des Vollweg-Gleichrichters 3 Änderungen wie Brummkomponenten enthält, wenn die Spannung V, groß ist, wird der Maximalwert D des Tastverhältnisses P₉ auf 25 % begrenzt. Es wird somit

el

vermieden, daß der Transformator 4 und der Transistor 5 oder der Gleichrichter 6 zerstört werden. Wenn die Ausgangsspannung V. des Gleichrichters 3 niedrig ist, wird der Maximalwert D des Tastverhältnisβes des Impulses P 75 % und es kann zwangsläufig eine Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 7 erhalten werden, selbst wenn die Last groß ist.

Wie zuvor beschrieben wurde, kann bei dem Netzgerät der Erfindung die Zerstörung des Transformators 4, des

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Transistors 5 oder des Gleichrichters 6 durch eine Änderung der Last vermieden werden, und es ist auch möglich, die Zerstörung dieser Elemente durch eine Gleichspannungsänderung an der Eingangsseite zu vermeiden.

Die Flip-Flops 24 und 25 führen die Frequenzteilung des Impulses des Oszillators 14 durch, so daß die Schwingungsfrequenz des Oszillators 14 hoch gewählt werden kann. Daher kann die Kapazität seines zusätzlichen Kondensators niedrig gewählt werden und damit kann die Schaltung bei Ausbildung in IC-Technik mit geringen Kosten hergestellt werden.

Aus dem gleichen Grund kann auch ein Quarz-Oszillator als Oszillator 14 verwendet werden, dessen Synchronisierung mit anderen Oszillatoren leicht durchgeführt werden kann.

Der Oszillator 14 kann auch als Oszillator eines D-Verstärkers verwendet werden, so daß seine Störsignalunterdrückung einfach durchgeführt werden kann.

Die vorherige Beschreibung erfolgte für den Fall der Anwendung auf ein Ein-ZAusschaltsystem, es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch auf ein sog. Zerhackersystem anwendbar ist.

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Claims

Ansprüche

/ 1./Netzgerät, bestehend aus einer Eingangsgleichspannungs- ^~-S quelle, einer mit der Gleichspannungsquelle verbundenen Wicklung, einer mit der Wicklung verbundenen Schalteinrichtung, einer Einrichtung zur Erzeugung einer Wechselspannung in Abhängigkeit von der Schaltfunktion der Schalteinrichtung, einer Einrichtung zur Umwandlung der Wechselspannung in eine Gleichspannung, einer Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Gleichspannung und zur Erzeugung eines Gleichspannungsausgangssignals in Abhängigkeit von dieser Gleichspannung, einem Oszillator zur Erzeugung von Impulssignalen, einem Modulator, dem die Impulssignale und das Gleichspannungsausgangssignal des Detektorkreises zur Erzeugung impulsbreitenmodulierter Signale in Abhängigkeit von dem Gleichspannungsausgangssignal des Detektorkreises zugeführt werden, und einer Einrichtung, um die impulsbreitenmodulierten Signale der Schalteinrichtung zuzuführen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung des Maximalwertes des Tastverhältnisses des impulsbreitenmodulierten Signals.
2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung einen Frequenzteiler zur Teilung der Frequenz der Impulssignale des Oszillators und ein UND-Glied aufweist, dem das Ausgangssignal des Frequenzteilers und das impulsbreitenmodulierte Signal des Modulators zugeführt werden,um der übertragungseinrichtung ein UND-Ausgangssignal zuzuführen.
3. Netzgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Gleichspannungsdetektorkreis, der die Spannung der Eingangsgleichspannungsquelle ermittelt und ein zweites Gleichspannungsausgangssignal erzeugt, und ein zweites UND-Glied, dem das zweite Gleichspannungs-

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ausgangssignal und das Ausgangssignal des Frequenzteilers zugeführt werden ,wobei das Ausgangssignal des zweiten UND-Glieds dem Modulator bzw. dem ersten UND-Glied zugeführt wird.
4. Netzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler ein erstes und zweites Flip-Flop in Reihenschaltung, ein ODER-Glied, dem die Ausgangssignale des ersten und zweiten Flip-Flops zugeführt werden, und eine Einrichtung zum Anschluß des ODER-Glieds an das zweite UND-Glied aufweist.
5. Netzgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein drittes UND-Glied, dem das Ausgangssignal des zweiten Flip-Flops und das zweite Gleichspannungsausgangssignal zugeführtwerden.und ein zweites ODER-Glied, dem die Ausgangssignale des zweiten und dritten UND-Glieds zugeführt werden.
6. Netzgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein viertes UND-Glied, dem die Ausgangssignale des ersten und zweiten Flip-Flops zugeführt werden, ein fünftes UND-Glied, dem das Ausgangssignal des vierten UND-Glieds und das zweite Gleichspannungssignal zugeführt werden, und eine Einrichtung, um das Ausgangssignal des fünften UND-Glieds dem zweiten ODER-Glied zuzuführen.

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