DE10120287A1 - Switch regulator for suppressing magnetostrictions has an inductive resistor fed by a primary voltage and wired to a switch charging a capacitor with power from the resistor and a circuit to trigger the switch with a control pulse. - Google Patents
Switch regulator for suppressing magnetostrictions has an inductive resistor fed by a primary voltage and wired to a switch charging a capacitor with power from the resistor and a circuit to trigger the switch with a control pulse.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Schaltregler gemäß Patentan spruch 1 und ein Verfahren zur Unterdrückung von Magne tostriktionen in einem Schaltregler gemäß Patentanspruch 7.The invention relates to a switching regulator according to Patentan Proverb 1 and a method of suppressing magne restrictions in a switching regulator according to claim 7.
Schaltregler werden zur verlustarmen Transformation von e lektrischen Spannungen verwendet. Haupteinsatzgebiet der Schaltregler sind Schaltnetzgeräte oder -teile. Schaltregler eignen sich auch zur Transformation von Gleichspannungen und werden daher in digitalen Telefonen eingesetzt, wenn in die sen eine Gleichspannungstransformation erforderlich ist.Switching controllers are used for the low-loss transformation of e electrical voltages used. Main area of application of the Switching regulators are switching power supplies or parts. switching regulators are also suitable for transforming DC voltages and are therefore used in digital phones when in the DC voltage transformation is required.
Ein Schaltregler weist im wesentlichen eine Induktivität oder einen Übertrager auf, die mittels eines hochfrequent getakte ten Schalters mit einer eingangsseitigen, zu transformieren den Primärspannung des Schaltreglers versorgt werden. Die An steuerung des Schalters erfolgt über eine Regelung, die von der ausgangsseitigen Sekundärspannung des Schaltreglers abge leitet wird, die der transformierten Primärspannung ent spricht. Die Regelung weist zwei Teile mit unterschiedlichem Potentialniveau auf: einen auf dem Potential der Primärspan nung und einen auf dem Potential der Sekundärspannung liegen den Teil. Daher ist in der Regelung eine Potentialtrennung erforderlich, die üblicherweise durch einen Optokoppler vor genommen wird.A switching regulator essentially has an inductance or a transformer on which is clocked by means of a high-frequency th switch with an input side, to transform the primary voltage of the switching regulator. The An control of the switch is carried out by a control system the secondary voltage of the switching regulator on the output side is conducted, which ent of the transformed primary voltage speaks. The scheme has two parts with different ones Potential level at: one at the potential of the primary chip voltage and one are at the potential of the secondary voltage the part. Therefore there is a potential separation in the control required, usually through an optocoupler is taken.
Da Übertrager oder Induktivitäten der Schaltregler hochfre quent angesteuert werden, können aufgrund von Magnetostrikti onen eines Induktivitäts- bzw. Übertragerkerns hörbare Pfeiftöne auftreten. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz des Schaltreglers in der Telephonie störend. Wie oben erwähnt, werden aber gerade in digitalen Telefonen sehr häufig derar tige Induktivitäten und Übertrager in DC/DC-Schaltreglern verwendet.Because transformers or inductors of the switching regulator are highly fre can be controlled quent, due to magnetostricti audible whistle tones on an inductance or transformer core occur. This is particularly the case when using the Switching regulator disturbing in the telephony. As mentioned above, but are becoming very common, especially in digital phones inductors and transformers in DC / DC switching regulators used.
Um störende hörbare Pfeiftöne bei einem Hochfrequenz- Übertrager zu vermeiden, kann der Übertrager beispielsweise vergossen werden. Durch diese Maßnahme können die Pfeiftöne jedoch nur begrenzt verringert werden.For annoying audible whistling tones in a high-frequency To avoid transmitters, the transmitter can for example be shed. By this measure, the whistle sounds but can only be reduced to a limited extent.
Es ist auch möglich, die Regelfrequenz des Schaltreglers bzw. Taktfrequenz des Schalters auf einen so hohen Wert einzustel len, daß bei einer Ruhelast des Schaltreglers auftretende Schwingungen der Induktivität bzw. des Übertragers im Schalt regler aufgrund von Magnetostriktionen außerhalb des hörbaren Bereiches liegen. Allerdings wird hierdurch die Ausgangsleis tung des Schaltreglers gegenüber herkömmlichen Bauformen we sentlich verringert, da der zur galvanischen Trennung einge setzte Optokoppler sehr langsam ist und daher die Regelfre quenz begrenzt. Es ist zwar möglich einen schnellen Opto koppler einzusetzen, allerdings steigen hierdurch die Kosten für den Schaltregler.It is also possible to change the control frequency of the switching regulator or Clock frequency of the switch to set such a high value len that occurring at a rest load of the switching regulator Vibrations of the inductance or the transformer in the switch regulator due to magnetostrictions outside the audible Range. However, this is the starting track device of the switching regulator compared to conventional designs considerably reduced because of the galvanic isolation set optocoupler is very slow and therefore the rule fre quenz limited. A fast opto is possible to use couplers, but this increases the costs for the switching regulator.
Als Alternative hierzu sind spezielle Optokoppler bekannt, die ein Übersetzungsglied darstellen. Jedoch sind diese Opto koppler-sehr viel teurer als herkömmliche Optokoppler und oftmals proprietäre Lösungen eines Herstellers. Dies ist al lerdings bei Massenprodukten wie digitalen ISDN-Telefonen un erwünscht, da beispielsweise ein Lieferengpass des Opto koppler-Herstellers die Produktion der Telefone still legen kann. As an alternative, special optocouplers are known that represent a translation link. However, these are opto coupler - much more expensive than conventional optocouplers and often proprietary solutions from one manufacturer. This is al but with mass products such as digital ISDN telephones desirable because, for example, a delivery bottleneck of the Opto Coupler manufacturer shut down the production of the phones can.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Schaltregler vorzuschlagen, der unter Vermeidung der eingangs genannten Nachteile wirksam aufgrund von Magnetostriktionen hörbare Schwingungen einer Induktivität oder eines Übertra gers unterdrückt.The object of the present invention is therefore a Propose switching regulator, avoiding the input mentioned disadvantages effective due to magnetostriction audible vibrations of an inductor or a transformer suppressed.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsgemäß durch einen Schaltregler mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und verfahrensgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Schaltreglers und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.According to the device, this task is accomplished by a switching regulator with the features of claim 1 and according to the method by a method having the features of claim 7 solved. Preferred configurations of the switching regulator and Procedures result from the dependent claims.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, einen Regelimpuls, mit dem ein Schalter eines Schaltreglers angesteuert wird, abhängig vom ausgangsseitigen Stromflußwin kel des Schaltreglers während der Durchschaltzeit des Schal ters über ein Differenziererglied selbstständig zu takten. Dies bedeutet, daß eine Induktivität oder ein Übertrager des Schaltreglers in kurzen Zeitintervallen aufmagnetisiert wird. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die dabei auftreten den hochfrequenten Energieimpulse aufgrund der Eigenmasse der Induktivität oder des Übertragers keine Magnetostriktionen bewirken können, die hörbare Schwingungen verursachen. Dieses Prinzip lässt sich besonders vorteilhaft bei galvanisch ge trennten Sperrwandlern anwenden, in denen ein Optokoppler eingesetzt wird. Es stellt eine kostengünstige Maßnahme zur Unterdrückung von Pfeiftönen dar, die von Magnetostriktionen verursacht werden. Das Prinzip ist über einen großen Ein gangs- bzw. Primärspannungsbereich des Schaltreglers wirksam. Es kann bei Schaltreglern mit integrierten Oszillatoren als auch mit Eigenanregung vorteilhaft eingesetzt werden. Tests haben ergeben, daß es sich sowohl für langsame als auch schnelle Optokoppler eignet. The principle underlying the invention is a control pulse with which a switch of a switching regulator is controlled depending on the current flowwin on the output side of the switching regulator during the switching time of the scarf to clock independently via a differentiator. This means that an inductor or a transformer of the Switching controller is magnetized in short time intervals. It turned out that they occur the high frequency energy impulses due to the inherent mass of the Inductance or the transmitter no magnetostrictions can cause that cause audible vibrations. This Principle can be particularly advantageous with galvanic use separate flyback converters in which an optocoupler is used. It provides an inexpensive measure Suppression of whistling sounds by magnetostrictions caused. The principle is about a big one gear or primary voltage range of the switching regulator effective. It can be used as a switching regulator with integrated oscillators can also be used with self-excitation. Testing have shown that it is suitable for both slow and suitable for fast optocouplers.
Demnach betrifft die Erfindung einen Schaltregler mit einer Induktivität, die von einer Primärspannung gespeist ist, ei nem Schalter, der mit der Induktivität verschaltet ist, einer Kapazität, die durch den Schalter mit einer in der Induktivi tät gespeicherten Energie geladen wird, einer Ansteuerschal tung zum Ansteuern des Schalters mit einem Regelimpuls und einem Optokoppler, der von einem Steuersignal angesteuert ist, das von einer Sekundärspannung der Kapazität mittels ei ner Steuereinheit abgeleitet ist, und der mittels eines aus gangsseitigen Steuersignals die Ansteuerschaltung steuert. Der Reglerimpuls ist während der Durchschaltzeit des Schal ters abhängig vom Stromflußwinkel durch ein Differenzierglied selbständig getaktet. Hierdurch wird die Induktivität in der art kurzen Zeitintervallen aufmagnetisiert, daß aufgrund ih rer Eigenmasse keine hörbaren Magnetostriktionen entstehen.Accordingly, the invention relates to a switching regulator with a Inductance, which is fed by a primary voltage, ei nem switch, which is connected to the inductance, one Capacitance by the switch with one in the inductive stored energy is loaded, a control scarf device to control the switch with a control pulse and an optocoupler driven by a control signal is that of a secondary voltage of the capacitance by means of egg ner control unit is derived, and by means of one control signal controls the control circuit. The controller pulse is during the switching time of the scarf ters depending on the current flow angle through a differentiator independently clocked. As a result, the inductance in the Art briefly magnetized intervals that due to ih due to its own mass, there are no audible magnetostrictions.
In einer bevorzugten, besonders einfachen Ausgestaltung weist das Differenzierglied eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators auf. Diese Ausgestaltung ist aufgrund ihrer einfachen Ausführung sehr kostengünstig. Allerdings wird die Genauigkeit der Zeitkonstante eines derartigen Dif ferenzierglieds im wesentlichen durch die Genauigkeit des Kondensatorwertes bestimmt, der üblicherweise eine größere Toleranz als der Widerstandswert aufweist. Für genauere Zeit konstanten sind daher entsprechend aufwendigere Differenzier glieder erforderlich.In a preferred, particularly simple embodiment the differentiator is a series connection of a resistor and a capacitor. This configuration is due their simple execution very inexpensive. Indeed the accuracy of the time constant of such a dif ferenzierglieds essentially by the accuracy of Capacitor value determined, which is usually a larger Tolerance than the resistance value. For more precise time constants are therefore correspondingly more complex differentiators limbs required.
Die Zeitkonstante des Differenzierglieds sollte wesentlich kleiner als die Verzögerungszeit durch die Steuereinheit, den Optokoppler und die Ansteuerschaltung sein, um eine besonders wirksame Unterdrückung von Magnetostriktionen über einen wei ten Eingangs- bzw. Primärspannungsbereich zu gewährleisten. The time constant of the differentiator should be essential less than the delay time by the control unit Optocoupler and the control circuit to be a special one effective suppression of magnetostrictions over a white to ensure th input and primary voltage range.
Vorzugsweise wird dem Differenzierglied eingangsseitig eine Meßspannung zugeführt, die an einem mit dem Schalter in Reihe geschalteten Widerstand abfällt. Durch diese einfache schal tungstechnische Maßnahme entfällt ein aufwendiges Erzeugen eines Meßspannung für das Differenzierglied. Der Schaltregler ist dadurch sehr kostengünstig herzustellen.The differentiating element is preferably provided on the input side Measuring voltage supplied to one with the switch in series switched resistance drops. This simple scarf technically, there is no elaborate production a measuring voltage for the differentiator. The switching regulator is therefore very inexpensive to manufacture.
Die Werte des Widerstandes und des Differenziergliedes soll ten in bezug auf die Ladezeit der Induktivität derart bemes sen sein, daß das Auftreten von Schwingungen der Induktivität aufgrund der Taktung des Reglerimpulses im wesentlichen ver mieden wird.The values of the resistance and the differentiator should in relation to the charging time of the inductor sen that the occurrence of vibrations of the inductance due to the timing of the controller pulse essentially ver is avoided.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Indukti vität die eingangsseitige Wicklung eines Übertragers. Dieser ist eingangsseitig von der Primärspannung gespeist. Die Kapa zität wird dann über eine ausgangsseitige Wicklung des Ü bertragers geladen. In diesem Fall wird von einem Sperrwand ler gesprochen, da die Kapazität erst mit Energie geladen wird, wenn über den Schalter das Speichern von Energie in der eingangsseitigen Wicklung des Übertragers unterbrochen und eine Spannung in der ausgangsseitigen Wicklung des Übertra gers erzeugt wird.In a particularly preferred embodiment, the inductor is vity the input winding of a transformer. This is fed on the input side by the primary voltage. The Kapa tity is then via an output winding of the Ü transmitter loaded. In this case, a barrier wall Speakers, since the capacity is only loaded with energy is when the switch stores energy in the input winding of the transformer is interrupted and a voltage in the output winding of the transmission gers is generated.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Unterdrückung von Magnetostriktionen in einem Schaltregler, wobei ein Schalter mit einem Regelimpuls angesteuert wird, der während der Durchschaltzeit des Schalters abhängig vom Stromflußwin kel selbstständig getaktet wird, so daß eine Induktivität, die mit dem Schalter verschaltet ist, in derart kurzen Zeit intervallen aufmagnetisiert wird, daß aufgrund ihrer Eigen masse keine hörbaren Magnetostriktionen entstehen. The invention further relates to a method for suppression of magnetostrictions in a switching regulator, being a Switch is controlled with a control pulse that during the switching time of the switch depending on the current flowwin kel is clocked independently, so that an inductance, which is connected to the switch in such a short time intervals magnetized that because of their own there are no audible magnetostrictions.
Die Induktivität wird vorzugsweise von einer Primärspannung gespeist. Ferner sind in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Kapazität, die durch den Schalter mit einer in der Induktivi tät gespeicherten Energie geladen wird, eine Ansteuerschal tung zum Ansteuern des Schalters mit einem Regelimpuls, ein Optokoppler, der von einem Steuersignal angesteuert wird, das von einer Sekundärspannung der Kapazität mittels einer Steu ereinheit abgeleitet wird, und der mittels eines ausgangssei tigen Steuersignals die Ansteuerschaltung steuert, und ein Differenzierglied vorgesehen. Verfahrensmäßig wird durch das Differenzierglied der Reglerimpuls während der Durchschalt zeit des Schalters abhängig vom Stromflußwinkel selbständig getaktet wird.The inductance is preferably from a primary voltage fed. Furthermore, in a preferred embodiment Capacitance by the switch with one in the inductive stored energy is loaded, a control scarf device to control the switch with a control pulse Optocoupler, which is driven by a control signal, the from a secondary voltage of the capacity by means of a control unit is derived, and that by means of an output egg term control signal controls the drive circuit, and a Differentiator provided. In procedural terms, the Differentiator of the controller pulse during the switching time of the switch independently depending on the current flow angle is clocked.
Dem Differenzierglied kann eingangsseitig eine Meßspannung zugeführt werden, die an einem mit dem Schalter in Reihe ge schalteten Widerstand abfällt.A measuring voltage can be input to the differentiator are supplied, which are at a ge with the switch in series switched resistance drops.
Vorzugsweise wird der Schaltregler in einem digitalen Telefon eingesetzt, insbesondere in einem ISDN-Telefon. Gerade bei einer derartigen Anwendung machen sich hörbare Pfeiftöne auf grund von Magnetostriktionen besonders störend bemerkbar und sollten daher möglichst vermieden werden.The switching regulator is preferably in a digital telephone used, especially in an ISDN telephone. Especially with such an application make audible whistles particularly disturbing due to magnetostrictions and should therefore be avoided if possible.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.The invention is now based on an embodiment in Connection explained with the drawings.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Schaltreglers zum Einsatz in einem digitalen Telefon, und Fig. 1 shows an embodiment of a switching regulator according to the invention for use in a digital telephone, and
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf von Regelimpulsen in Abhängigkeit von der Belastung der Sekundärspannung des in Fig. 1 dargestellten Schaltreglers. FIG. 2 shows the time course of control pulses as a function of the load on the secondary voltage of the switching regulator shown in FIG. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Schaltregler weist einen (Hochfre quenz-)Übertrager 10 mit einer eingangsseitigen Wicklung 11 und einer ausgangsseitigen Wicklung 11' auf.The switching regulator shown in Fig. 1 has a (Hochfre frequency) transformer 10 with an input-side winding 11 and an output-side winding 11 '.
Die eingangsseitige Wicklung 11 wird über einen Primärspan nungsanschluss 13 und einem Erdanschluss GND mit einer Pri märspannung 12 gespeist. Zwischen Wicklung 11 und Erdan schluss GND, der auf einem Bezugspotential liegt, ist eine Reihenschaltung aus einem MOSFET 14 vom Anreicherungstyp und einem Widerstand 27 geschaltet. Hierdurch kann eine als Pri märspannung 12 zugeführte Gleichspannung in eine höhere Gleichspannung transformiert werden. Zwischen Primärspan nungsanschluss 13 und Erdanschluss GND ist ferner ein Puffer kondensator 19 geschaltet, um Schwankungen der anliegenden Primärspannung 12 zu kompensieren.The input-side winding 11 is fed via a primary voltage wire 13 and a ground terminal GND having a Pri märspannung 12th Between winding 11 and ground connection GND, which is at a reference potential, a series circuit comprising a MOSFET 14 of the enhancement type and a resistor 27 is connected. As a result, a DC voltage supplied as primary voltage 12 can be transformed into a higher DC voltage. A buffer capacitor 19 is also connected between the primary voltage connection 13 and the ground connection GND in order to compensate for fluctuations in the applied primary voltage 12 .
Die ausgangsseitige Wicklung 11' des Übertragers 10 ist mit einer Kapazität 15 beschaltet, die über eine als Gleichrich ter wirkende Schottky-Diode 21 geladen wird. Zwischen den beiden Anschlüssen der Kapazität 15 liegt eine Sekundärspan nung 22 am Schaltregler an, die der durch den Schaltregler transformierten Primärspannung 12 entspricht.The output-side winding 11 'of the transformer 10 is connected to a capacitance 15 which is charged via a Schottky diode 21 acting as a rectifier. Between the two connections of the capacitance 15 there is a secondary voltage 22 at the switching regulator, which corresponds to the primary voltage 12 transformed by the switching regulator.
Die Sekundärspannung 22 wird einer Steuereinheit 24 zuge führt. Die Steuereinheit 24 umfasst eine Referenzspannungs quelle 30, deren einer Anschluss auf einem Potential von etwa 0 V der Sekundärspannung 22 liegt und deren anderer Anschluss mit dem invertierenden oder negativen Eingang eines Kompara tors 32 der Steuereinheit 24 verschaltet ist, so daß an diesem die Spannung Uref der Referenzspannungsquelle 30 anliegt. Am nicht-invertierenden oder positiven Eingang des Kompara tors 32 liegt die Sekundärspannung 22 an. Der Komparator 32 vergleicht die an seinen beiden Eingängen anliegenden Span nungen. Die Ausgangsspannung des Komparators 32 ist größer 0 V, falls die Sekundärspannung 22 größer als die Spannung Uref ist, andernfalls etwa 0 V.The secondary voltage 22 is supplied to a control unit 24 . The control unit 24 comprises a reference voltage source 30 , one connection of which is at a potential of approximately 0 V of the secondary voltage 22 and the other connection of which is connected to the inverting or negative input of a comparator 32 of the control unit 24 , so that the voltage Uref thereon of the reference voltage source 30 is present. At the non-inverting or positive input of the comparator 32 , the secondary voltage 22 is present . The comparator 32 compares the voltages applied to its two inputs. The output voltage of the comparator 32 is greater than 0 V if the secondary voltage 22 is greater than the voltage Uref, otherwise approximately 0 V.
Der Ausgang des Komparators 32 ist mit dem p-Anschluss einer Leuchtdiode 18' des Optokopplers 18 verbunden. Deren n- Anschluss wiederum liegt auf einem Potential von etwa 0 V. Die Leuchtdiode 18' leuchtet, sobald die Sekundärspannung 22 größer als die Spannung Uref ist und schaltet damit einen npn-Bipolar-Phototransistor 18" im Optokoppler 18 leitend. Der Kollektor des npn-Bipolar-Phototransistors 18" liegt ü ber einen ersten Widerstand 34 auf dem Bezugspotential, auf dem auch der Erdanschluss GND liegt. Über einen zweiten Wi derstand 36 liegt der Kollektor des npn-Bipolar- Phototransistors 18" auf dem Potential der Primärspannung 12. Der Emitter des npn-Bipolar-Phototransistors 18" ist mit einem Eingang einer Ansteuerschaltung 16 verbunden (Steuer signal 26), die einen Regelimpuls 17 erzeugt, der dem Gate- Anschluß des MOSFET 14 zugeführt wird und den MOSFET 14 durchschaltet.The output of the comparator 32 is connected to the p terminal of a light emitting diode 18 'of the optocoupler 18 . Their n connection is in turn at a potential of approximately 0 V. The light-emitting diode 18 'lights up as soon as the secondary voltage 22 is greater than the voltage Uref and thus switches an npn bipolar phototransistor 18 "in the optocoupler 18 to be conductive. The collector of the npn -Bipolar phototransistor 18 "is connected via a first resistor 34 to the reference potential at which the ground connection GND is also located. Via a second resistor 36 , the collector of the npn bipolar phototransistor 18 "is at the potential of the primary voltage 12. The emitter of the npn bipolar phototransistor 18 " is connected to an input of a drive circuit 16 (control signal 26 ), which is one Control pulse 17 generated, which is fed to the gate terminal of the MOSFET 14 and turns on the MOSFET 14 .
Das Potential am Verbindungspunkt von Widerstand 27 und MOSFET 14, also die am Widerstand 27 abfallende Meßspannung 29, wird einem Differenzierglied 28 zugeführt. Ferner wird dieses Potential einem p-Anschluss einer Diode 38 zugeführt, der n-Anschluss mit dem Emitter des npn-Bipolar- Phototransistors 18" des Optokopplers 18 verbunden ist. Das Differenzierglied 28 weist eine (nicht dargestellte) Reihen schaltung eines Widerstandes und einer Kapazität auf. The potential at the connection point of resistor 27 and MOSFET 14 , that is to say the measuring voltage 29 dropping across resistor 27 , is fed to a differentiating element 28 . Furthermore, this potential is supplied to a p-terminal of a diode 38 , the n-terminal is connected to the emitter of the npn-bipolar phototransistor 18 "of the optocoupler 18. The differentiator 28 has a series connection (not shown) of a resistor and a capacitor on.
Im folgenden wird die Betriebsweise des Schaltreglers unter
Berücksichtigung der Wirkung des Differenziergliedes 28 läu
tert:
Die eingangsseitige Wicklung 11 des Übertragers 10 wird von
der Primärspannung 12 geladen, solange der MOSFET 14 durchge
schaltet ist. In diesem Fall fließt durch die Wicklung 11 ein
Strom durch den leitenden Kanal des MOSFET 14 in den Wider
stand 27, an dem die Meßspannung 29 abfällt. Beim Durchschal
ten des MOSFET 14 bewirkt die ansteigende Meßspannung 29 über
das Differenzierglied 28 einen Spannungsimpuls, der wiederum
ein Durchschalten des npn-Bipolar-Phototransistors 18" des
Optokopplers 18 bewirkt. Hierdurch wird über das Steuersignal
26 die Ansteuerschaltung 16 derart angesteuert, daß der
MOSFET 14 gesperrt wird. Die Meßspannung 29 fällt auf 0 V und
das Differenzierglied sperrt den npn-Bipolar-Phototransistor
18". Das Steuersignal 26 steuert die Ansteuerschaltung 16
wiederum derart an, daß der MOSFET 14 wieder leitend geschal
tet wird.In the following, the mode of operation of the switching regulator is explained taking into account the effect of the differentiating element 28 :
The input-side winding 11 of the transformer 10 is charged by the primary voltage 12 as long as the MOSFET 14 is switched through. In this case, a current flows through the winding 11 through the conductive channel of the MOSFET 14 in the counter 27 , at which the measuring voltage 29 drops. With ultrasonic of the MOSFET 14 th causes the rising measurement voltage 29 via the differentiating circuit 28 a voltage pulse which in turn causes a turn on of the NPN bipolar phototransistor 18 "of the optocoupler 18th result, via the control signal 26, the drive circuit 16 is controlled such that the MOSFET 14. The measuring voltage 29 drops to 0 V and the differentiator blocks the npn bipolar phototransistor 18 ". The control signal 26 controls the drive circuit 16 in turn in such a way that the MOSFET 14 is again switched to be switched.
Der oben erwähnte Ablauf erfolgt nur solange die Photodiode 18' des Optokopplers 18 leuchtet, d. h. die Sekundärspannung 22 größer als die Spannung Uref ist. Sinkt die Sekundärspan nung 22 unter die Spannung Uref, wird der Phototransistor 18' über die Ausgangsspannung 20 des Komparators 32 abgeschaltet. Dies bewirkt über den npn-Bipolar-Phototransistor 18" und die Ansteuerschaltung 16 ein Durchschalten des MOSFET 14, so daß die eingangsseitige Wicklung 11 des Übertragers 10 wieder mit Energie geladen wird. Gleichzeitig wird über einen in der ausgangsseitigen Wicklung 11' des Übertragers 10 induzierten Spannungsimpuls und die Schottky-Diode 21 die Kapazität 15 aufgeladen, so daß die Sekundärspannung 22 wieder steigt. Ein in der Ansteuerschaltung 16 enthaltener Oszillator bewirkt ein periodisches Sperren und Durchschalten des MOSFET 14, wo durch die Sekundärspannung 22 wieder "hochgepumpt" wird, bis sie die Spannung Uref übersteigt und über die Steuereinheit 24 der Optokoppler 18 so angesteuert wird, daß der npn- Bipolar-Phototransistor 18 " wieder leitet und schließlich der MOSFET 14 wieder gesperrt wird. Der MOSFET 14 bleibt dann solange gesperrt, bis die Sekundärspannung 22 - wie vorste hend erläutert - wieder unter die Spannung Uref absinkt. Wäh rend der Durchschalt-Phase des MOSFET 14 arbeitet die bereits vorher erläuterte Schaltung mit der Meßspannung 29 und dem Differenzierglied 28, die bewirkt, daß die eingangsseitige Wicklung 11 des Übertragers 10 nur so kurz geladen wird, daß diese nicht zum Schwingen angeregt wird, oder genauer gesagt durch Magnetostriktionen erzeugt Schwingungen des Übertragers 10 zumindest außerhalb des hörbaren Frequenzspektrums liegen. Hierzu ist die Zeitkonstante des Differenziergliedes 28 durch geeignete Dimensionierung ihrer Bauteile entsprechend einge stellt.The above-mentioned sequence only takes place as long as the photodiode 18 'of the optocoupler 18 is lit, ie the secondary voltage 22 is greater than the voltage Uref. Decreases, the secondary clamping voltage 22 falls below the voltage Vref, the phototransistor 18 'is switched off by the output voltage 20 of the comparator 32nd This causes the MOSFET 14 to switch through via the npn bipolar phototransistor 18 ″ and the control circuit 16 , so that the input-side winding 11 of the transformer 10 is recharged with energy. At the same time, an induction in the output-side winding 11 ′ of the transformer 10 is induced The voltage pulse and the Schottky diode 21 charge the capacitance 15 so that the secondary voltage 22 rises again. An oscillator contained in the drive circuit 16 causes the MOSFET 14 to be periodically blocked and switched on, where the secondary voltage 22 "pumps up" again until it the voltage Uref exceeds and is controlled via the control unit 24 of the optocoupler 18 such that the npn bipolar phototransistor 18 ″ conducts again and finally the MOSFET 14 is blocked again. The MOSFET 14 then remains blocked until the secondary voltage 22 - as explained above - again drops below the voltage Uref. During the switching phase of the MOSFET 14 , the circuit previously explained works with the measuring voltage 29 and the differentiator 28 , which causes the input-side winding 11 of the transformer 10 to be charged only so briefly that it is not excited to oscillate, or More specifically, vibrations of the transmitter 10 generated by magnetostrictions are at least outside the audible frequency spectrum. For this purpose, the time constant of the differentiating member 28 is accordingly turned by suitable dimensioning of its components.
In der Fig. 2 sind abhängig vom Stromwinkel der Sekundärspan nung 22 Regelimpulse 17 zur Ansteuerung des MOSFET 14 darge stellt. Im oberen Diagram steuert der Schaltregler eine klei ne Last an. In diesem Fall wird die Sekundärspannung 22 nur schwach beladstet, d. h. ein "Hochpumpen" erfolgt nur in rela tiv großen Zeitabständen mit einzelnen schmalen, also kurzen Regelimpulsen 17. Im mittleren Diagramm ist der Schaltregler mit einer größeren Last beschaltet. Der Stromflußwinkel am Optokoppler 18 wird hierdurch erhöht. Ebenso steigt die An zahl der hochgetakteten Regelimpulse 17 an. Schließlich zeigt das untere Diagramm den Fall einer großen Last. Die Reakti onszeit des Regelkreises "Steuereinheit 24 - Optokoppler 18 - Ansteuerschaltung 16" steigt. Dadurch schwindet der Einfluss des Differenziergliedes 28 auf die Erzeugung der Regelimpulse 17. Die Ansteuerung des MOSFET 14 wird nun im wesentlichen von dem in der Ansteuerschaltung 16 enthaltenen Oszillator bestimmt. Dessen Frequenz liegt außerhalb des hörbaren Fre quenzspektrums, so daß es zu keinen hörbaren Schwingungen aufgrund von Magnetostriktionen im Übertrager 10 kommen kann.In FIG. 2, the secondary clamping voltage are 22 control pulses 17 for driving the MOSFET 14 Darge is dependent on the current angle. In the diagram above, the switching regulator controls a small load. In this case, the secondary voltage 22 is only slightly loaded, ie "pumping up" takes place only at relatively long time intervals with individual narrow, that is to say short, control pulses 17 . In the middle diagram, the switching regulator is connected to a larger load. The current flow angle at the optocoupler 18 is thereby increased. The number of high-clocked control pulses 17 also increases . Finally, the diagram below shows the case of a large load. The reaction time of the control circuit "control unit 24 - optocoupler 18 - control circuit 16 " increases. As a result, the influence of the differentiating element 28 on the generation of the control pulses 17 disappears. The control of the MOSFET 14 is now essentially determined by the oscillator contained in the control circuit 16 . Whose frequency is outside the audible frequency spectrum, so that there can be no audible vibrations due to magnetostrictions in the transmitter 10 .
Claims (10)
einer Induktivität (11), die von einer Primärspannung (12) gespeist ist,
einem Schalter (14), der mit der Induktivität (11) ver schaltet ist,
einer Kapazität (15), die durch den Schalter (14) mit ei ner in der Induktivität (11) gespeicherten Energie geladen wird,
einer Ansteuerschaltung (16) zum Ansteuern des Schalters mit einem Regelimpuls (17),
einem Optokoppler (18), der von einem Steuersignal (20) angesteuert ist, das von einer Sekundärspannung (22) der Ka pazität (15) mittels einer Steuereinheit (24) abgeleitet ist, und der mittels eines ausgangsseitigen Steuersignals (26) die Ansteuerschaltung (16) steuert, und
einem Differenzierglied (28), durch das der Reglerimpuls (17) während der Durchschaltzeit des Schalters (14) abhängig vom Stromflußwinkel selbständig getaktet ist, so daß die In duktivität (11) in derart kurzen Zeitintervallen aufmagneti siert wird, daß aufgrund ihrer Eigenmasse keine hörbaren Magnetostriktionen entstehen.1. Switching regulator with
an inductance ( 11 ) which is fed by a primary voltage ( 12 ),
a switch ( 14 ) which is connected to the inductance ( 11 ),
a capacitance ( 15 ) which is charged by the switch ( 14 ) with an energy stored in the inductance ( 11 ),
a control circuit ( 16 ) for controlling the switch with a control pulse ( 17 ),
an optocoupler ( 18 ) which is controlled by a control signal ( 20 ) which is derived from a secondary voltage ( 22 ) of the capacitor ( 15 ) by means of a control unit ( 24 ) and which uses a control signal ( 26 ) on the output side to control the control circuit ( 16 ) controls, and
a differentiator ( 28 ) through which the controller pulse ( 17 ) is clocked independently depending on the current flow angle during the switching time of the switch ( 14 ), so that the inductance ( 11 ) is magnetized in such short time intervals that no audible due to its own weight Magnetostrictions arise.
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| DE2001120287 DE10120287A1 (en) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Switch regulator for suppressing magnetostrictions has an inductive resistor fed by a primary voltage and wired to a switch charging a capacitor with power from the resistor and a circuit to trigger the switch with a control pulse. |
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| DE2001120287 Withdrawn DE10120287A1 (en) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Switch regulator for suppressing magnetostrictions has an inductive resistor fed by a primary voltage and wired to a switch charging a capacitor with power from the resistor and a circuit to trigger the switch with a control pulse. |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1885053A3 (en) * | 2006-08-01 | 2010-03-31 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Power supply circuit |
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| EP2683068A1 (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-08 | Nxp B.V. | Control circuit for a switched-mode power supply |
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2001
- 2001-04-25 DE DE2001120287 patent/DE10120287A1/en not_active Withdrawn
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