DE2226089C3 - Spannungsgeregelter, von einem Taktgeber gesteuerter Transistor-Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen spannungsgeregelten, von bezieht Taktgeber gesteuerten Transistor-Anlaufhalbringanordnung mit spannungsfest galvanisch Wellen getrenntem Ein- und Ausgang, mit Zylinderblöcken, zwischen Eingangs- und Ausgangskreis und mit einer galvanisch mit dem Ausgangskreis verbundenen Regelschaltung zur Steuerung des Tastverhältnisses der Steuerspannung für einen oder mehrere ir.i Eingangskreis angeordnete Stelltransistoren durch Vergleich einer dreieckförmigen Spannung mit einer Gleichspannung in einem Differenzverstärker, wobei in Anlaufhaitringvon diesem Vergleich Spannungsimpulse erzeugt werden, die über einen spannungsfesten Übertrager das Tastverhältnis der im Taktgeber erzeugten Steuersignale steuern.

Eine derartige Anordnung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 015 245 bekannt. Die Erzeugung der Steuerspannung zur Steuerung des Tastverhältnisses des Taktgenerators erfordert in dieser bekannten Schaltung einen eigenen Sägezahngenerator. Die Flankensteilheit der Sägezahnspannung wird von einem Differentialverstärker in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung gesteuert. Die Zurückstellung des Sägezahngenerators erfolgt mittels Impulse, die von einem Multivibrator geliefert und unter Verwendung eines zusätzlichen Trenntransformators über eine Synchronisationsschaltung den Sägezahngenerator beeinflussen. In einem Differentialverstärker erfolgt der Vergleich der Sägezahnspannung mit einer konstanten Bezugsspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für den Regelteil und für die galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang des Gleichspannungswandlers ohne Verschlechterung der Regeleigenschaften zu verringern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß parallel zu einer im Sekundärkreis des Leistungsübertragers und mit dem Ausgang in Reihe liegenden Speicherdrossel, an der eine rechteckförmige Spannung abfällt, eine Integrierschaltung angeschlossen ist, die aus der rechteckförmigen Spannung die dreieckförmige Spannung bildet, und daß die Gleichspannung, mit der die dreieckförmige Spannung verglichen wird, eine von der Ausgangs-Gleichspan-

nung abgeleitete Regelabweichung ist

Die durch Integration der an der Speicherdrossel abgenommenen Spannung erhaltene Dreieckspannung, deren Steigungswinkel der Eingangsspannung proportional ist, bewirkt bei Änderungen der Eingangsspannung zusätzlich eine unverzögerte Störgrößenaufschaltung, indem die Stromflußzeit der Schalttransistoren ohne zusätzliche Totzeit beeinflußt wird. Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbare Schaltungsvereinfachung ist unabhängig von der Funktion der Störgrößenaufschaltung, wenn z. B. die Eingangsspannung keinen Änderungen unterworfen ist.

Die Störgrößenaufschaltung mit der Eingangsspannung durch Verändern des Steigungswinkels einer Sägezahnspannung ist bei einem spannungsgeregelten,

von einem Taktgeber gesteuerten Transistor-Gleichspannungswandler mit nicht galvanisch voneinander getrenntem Ein- und Ausgang aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 961 705 bekannt. Dieser Gleichspannungswandler hat auch einen Leistungsübertrager zwisehen Eingangs- und Ausgangskreis und eine mit dem Ausgangskreis verbundene Regelschaltung zur Steuerung des Tastverhältnisses der Steuerspannung für die im Eingangskreis angeordneten Stelltransistoren durch Vergleich der Sägezahnspannung mit einer Gleichspannung in einem Differenzverstärker. Die Gleichspannung, mit der die sägezahnförmige Spannung ver glichen wird, ist eine von der Ausgangs-Gleichspannung abgeleitete Regelabweichung. Die Sägezahnspannung wird mittels eines über einen Widerstand von der Eingangsgleichspannung periodisch aufgeladenen Kondensators erzeugt.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.
Die F i g. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel für einen geregelten Gleichspannungswandler mit galvanisch getrenntem Ein- und Ausgang dar.

In der F i g. 2 ist der Verlauf und die Umformung der Spannung für die Störgrößenaufschaltung angedeutet. In der Schaltung nach F i g. 1 ist der Leistungskreis des Gleichspannungswandlers vereinfacht dargestellt. Von der Gleichspannungsquelle 1 fließt der Strom während der Stromflußzeit des Leistungsschalttransistors 2 in die Primärwicklung 31 des Leistungsübertragers 3 und, übersetzt, von der Sekundärwicklung 32 über die Lestungsdiode 41, die Speicherdrossel 5 und die Siebclrossel 6 zum Lastwiderstand 7. Während der Sperrzeit des Schalttransistors 2 hält die Drossel 5 den Strom im Lastwiderstand 7 über die Freilaufdiode 42 aufrecht; die Diode 41 entkoppelt den Transformator 3 und den stromdurchflossenen Ausgangskreis. An der Drossel 5 liegt eine Rechteckwechselspannung, deren positive Amplitude gleich der Differenz zwischen Sekundärspannung der Wicklung 32 und der Spannung am Kondensator 61 und deren negative Amplitude etwa gleich der Spannung am Kondensator 61 sind. Die Einschaltdauer des Schalttransistors ist dabei umgekehrt proportional der Differenz zwischen Sekundärspannung und Spannung am Kondensator 61. Die

Steuerung des Schalttransistors 2 erfolgt durch einen Taktgeber in der Steuerschaltung 8 mit einer Steuerspannung konstanter Periode. Das Tastverhältnis der Steuerspannung wird durch die nachfolge-id beschriebene Regelschaltung gesteuert In Fig.2a ist die Rechteckwechselspannung U 5 an d r Drossel 5 für zwei verschieden hohe Eingangsspannungen dargestellt.

Für die Messung und den Vergleich der Ausga.,gsgleichspannu-.ig wird in der Regelschaltung eine Meßbrückenschaltung benutzt, die aus den Widerständen 101 und 102, der Zenerdiode 103 und dem Transistor 105 besteht. Der Kollektor des Transistors 105 ist über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 106 mit einem der beiden Eingänge (Basis des Transistors 110) eines Differenzverstärkers verbunden, der von den Transistoren 110 und 112 sowie den Widerständen 109 und 111 gebildet wird. Das Basispotential des Transistors 110 wird durch den Spannungsteiler 107 und 108 bestimmt. Die Speisung des Differenzverstärkers erfolgt über eine Konstantstromqueüe, die im wesentlichen von einem Transistor 113 gebildet wird. An der Basis des Transistors 112 erfolgt die Störgrößenaufschaltung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers. Das Basispotential steigt mit zunehmender Stromflußzeit des Leistungstransislors 2 an. Die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit ist proportional der Spannung an der Drossel 5. Dazu wird parallel zur Drossel 5 die Reihenschaltung einer Induktivität M6 mit Widerständen 117 und 118 geschaltet (Integrier· schaltung). Die Widerstände 117 und 118 dienen als Spannungsteiler und verringern zugleich die Zeitkonstante der Integrierschaltung. Die Spannung am Widerstand 118 ist der Spannung am Siebkondensator 61 in Reihe geschaltet. Diese Summenspannung wird durch die Widerstände 114 und 115 geteilt.

In der F i g. 2b ist die am Widerstand 118 abgegriffene, durch Integration aus der Spannung U5 erhaltene dreieckförmige Spannung und in F i g. 2c die Spannung am Widerstand 115, die sich aus der Summe von Dreieckspannung und Spannung am Kondensator 61 ergibt, dargestellt.

Die Wirkungsweise des Differenzverstärkers ist folgende. Die beiden Eingänge des Differenzverstärkers sind unabhängig voneinander mit einer di r Regelabweichung entsprechenden Gleichspannung und einer in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz des Schalttransistors und der Eingangsspannung periodisch schwankenden Gleichspannung beaufschlagt. Mit zunehmendem Istwert der Ausgangsgleichsspannung führt der Transistor 105 einen zunehmenden Strom über den Widerstand 104 und damit einen abnehmenden Strom in die Basis des Transistors 110 der Differenzverstärkerschaltung. Solange das Potential an der Basis des Transistors 110 größer ist als an der Basis des Transistors 112, bleibt der erstgenannte Transistor im leitenden und der andere Transistor des Differenzverstärkers im gesperrten Zustand. Wird das Basispotential des Transistors 112 etwas größer als das Basispotential des Transistors 110, dann übernimmt der Transistor 112 den Emitterstrom vom Transistor 110. Am Kollektorwiderstand 111 wird ein Steuersignal gebildet, das den Transistor 122 über den Spannungsteiler 119, 120 und die Diode 121 stromführend steuert. Dabei wirkf der Spannungsabfall des über den Widerstand 102 und die Zenerdiode 103 fließenden Stromes an der Diode 121 als Gegenspannung, verbessert dadurch die Störsicherheit und beschleunigt den Schaltvorgang im Transistor 122.

Der leitend gesteuerte Transistor 122 löst einen Strom aus dem Kondensator 123 über den Widerstand 126 durch die Primärwicklung 127 eines spannungsfesten Übertragers 12 aus, der die Regelschaltung von der Steuerschaltung und damit vom eingangsseitigen Leistungskreis galvanisch trennt Gleichzeitig fließt ein Strom aus dem Kondensator 61 über die Diode 121 und den Widerstand 125 in den Übertrager. Übersetzt fließt der Strom von der Sekundärwicklung 128 über die Diode 129, den Spannungsteiler 130 und 131 in die Basis des Steuertransistors 132. Dieser Jegt die Steuerschaltung an den Minus-Pol der Eingangsspannungsquelle 1. Die Steuerschaltung hält sich selbst und sperrt über den Taktgeber zugleich den Leistungsschalttransistor 2.

Die Widerstände 126 und 130 verkleinern die Zeitkonstante des Übertragers 12 für das Steuersignal; die mit dem Isolationabstand der Primär- gegen die Sekundärwicklung steigende Steuerinduktivität würde ohne Vorwiderstand eine zu große Zeitverzögerung für die Steuersignalübertragung und eine zu große Totzeit im Regelkreis, ergeben. Hinsichtlich der Impulsform werden keine besonderen Anforderungen an den Übertrager gestellt. Statt des Widerstandes 1131 kann zur Erhöhung der Störsicherheit ein π-Glied aus einer Längsdiode und zwei Querwiderständen eingesetzt werden.

Durch das Sperren des Leistungsschalttransistors 2 wird die Spannung an der Drossel 5 umgepolt; der Transistor 112 gibt während der Sperrzeit den Strom wider an den Transistor 110 zurück; der Transistor 122 sperrt; der Übertrager 12 magnetisiert sich über die Widerstände 126 und 124 ab und wartet auf den Strom zum nächsten Abschalten des Leistungstransistors 2, dessen Stromfluß stets von der Steuerschaltung 8 eingeleitet wird.

Dadurch, daß der Regler das Sperrsignal gibt, wird eine schnelle Änderung der Eingangsspannung unverzögert erfaßt und ohne zusätzliche Totzeit durch Verkürzen der Stromflußzeit ausgeglichen.

Die Diode 106 stellt die minimale Einschaltdauer sicher, die notwendig ist, um die Sperrsignale über den Übertrager 12 zu bringen. Steigt z. B. die Ausgangsspannung durch Entlastung an, dann steigt der Strom im Transistor 105 und die Spannung am Widerstand 104; die Basisemitterspannung des Transistors 110 würde ohne die entkoppelnde Wirkung der Diode 106 so verkleinert, daß die Transistoren 112 und 122 Dauersirom führen würden, der vom Übertrager 12 nicht weitergegeben werden könnte. Führt die Diode 106 keinen Strom, dann liefert der Spannungsteiler 107,108 das Basispotential für den Transistor 110, mit dem die minimale Stromführungszeit des Leistungstransistors 2 erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   ■ Spannungsgeregelter, von einem Taktgeber gesteuerter Transistor-Gleichspannungswandler mit

   ,spannungsfest galvanisch getrenntem Ein- und Ausgang, mit einem Leistungsübertrager zwischen Eingangs- und Ausgangskreis und mit einer galvanisch mit dem Ausgangskreis verbundenen Regelschaltung zur Steuerung des Tastverhältnisses Anlaufhalbring für einen oder mehrere im Eingangskreis angeordnete Stelltransistoren durch Vergleich einer dreieckförmigen Spannung mit einer Gleichspannung in einem Differenzverstärker, wobei in Abhängigkeit von diesem Vergleich Spannungsimpulse erzeugt werden, die über einen spannungsfester. Übertrager das Tastverhältnis der im Taktgeber erzeugten Steuersignale steuern, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer im Sekundärkreis des Leistungsübertragers (3) und mit dem Ausgang in Reihe liegenden Speicherdrossel (5), an der eine rechteckförmige Spannung abfällt, eine Integrierschaltung (116, 117, 118) angeschlossen ist, die aus der rechteckförmigen Spannung die dreieckförmige Spannung bildet, und daß die Gleichspannung, mit der die dreieckförmige Spannung vergli-. chen wird, eine von der Ausgangs-Gleichspannung abgeleitete Regelabweichung ist.