DE2728608A1

DE2728608A1 - Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2728608A1
Application number: DE19772728608
Authority: DE
Inventors: Dennis Lee Stephens
Original assignee: Teletype Corp
Current assignee: AT&T Teletype Corp
Priority date: 1976-06-28
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1977-12-29
Also published as: GB1566940A; JPS531815A; IT1076770B; CA1084993A; US4063307A

Description

Μ*-!«. G. Weinbaus«

^Dt~~SF^ ««-Hen. den η.«^_86ϋ8

4β "^* _τ 4Ο5

Tel.(0 89)29 5125

Teletype Corporation in Skokie, Illinois / V.St.A. Gleichspannungswandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. In den bekannten Gleichspannungswandlern dieser Art wird der Eingangsgleichstrom durch gegeneinandergeschaltete Schalttransistoren zerhackt. Eine gleichgerichtete und gesiebte Netzspannung wird diesen Transistores zugeführt und nach dem Zerhacken mittels eines Transformators auf die gewünschte Höhe gebracht. Zur Glättung der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Transformators ist eine Drossel vorgesehen. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in der US-PS 3 843 919 beschrieben. Für hohe Leistungen ist ein solcher Gleichspannungswandler kompliziert und kostspielig.

Um Gewicht einzusparen, ist vorgeschlagen worden, energiespeichernde Gleichspannungswandler mit einem einzigen Schalttransistor und einer Drossel auszustatten, die mehrere Wicklungen und einen Luftspalt besitzt. Durch Kopplung hoher Impedanz zwischen dem Schaltkreis und dem Ausgangskreis wird kapazitive Siebung ermöglicht. In solchen Wandlern wird jedoch allgemein ein mit besonderer Stromversorgung ausgerüsteter Startkreis verwendet, worin die Länge der von einem Modulator gegebenen Impulse durch die Ausgangsspannung des Wandlers gesteuert wird. Die gesonderte Stromversorgung enthält einen Transformator, einen Gleichrichter und eine Siebschaltung; dadurch werden Kosten und Gewicht des Wandlers erheblich vergrößert .

709852/1198

Dr.Hk/Me

"V 27286Ü8

Die im Hauptanspruch gekennzeichnete Frfindung hat demgegenüber den Vorteil, daß der Startkreis keine zusätzliche Stromversorgung benötigt und daß der Gleichspannungswandler demgemäß einfach und klein gebaut werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angeordneten Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Schutzschaltung nach Anspruch 7, denn Transistoren und sonstige Halbleitervorrichtungen sind bekanntlich sehr empfindlich gegen Uberbelastung. Dies hat man bisher dadurch zu umgehen versucht, daß Transistoren sehr hoher Belastbarkeit benutzt wurden, die also weit überdimensioniert sind. Das ist teuer und kann zusätzlich Platz kosten. Dieser Nachteil wird mit der neuen Anordnung vermieden.

In bekannten Gleichspannungswandlern, bei denen der Eingangsgleichstrom durch Gleichrichten und Sieben eines Netzwechselstromes erzeugt wird, besteht oft eine gemeinsame Masse zwischen dem Ausgang des Wandlers und dem Wechselstromnetz, wodurch eine Gefahren- und Rauschquelle geschaffen wird. Deshalb ist gemäß Anspruch 9 ein Trenntransformator zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Wandlers vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

Fig. 1 das schematische Schaltbild des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers und

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Signalverlaufs an ausgewählten Stellen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

709852/1198

Der in Fig. 1 dargestellte Gleichspannungswandler dient zum hochfrequenten Serhacken einer an die Klemmen 10 und 12 gelegten Gleichspannung. Der Eingangsspannungspegel wird dann auf die gewünschte H5he transformiert, um anschließend gleichgerichtet, gesiebt und ggf. geregelt zu werden. Der dargestellte Wandler enthält einen Schalttransistor 14, der den Eingangsstrom mit hoher Frequenz durch eine Primärinduktanz in Form einer Wicklung 16 einer Mehrfachdrossel 18 schaltet. Nachdem eine Gleichspannung an die Eingangsklemmen 10 und 12 angelegt wurde, bewirkt sofort ein Startkreis 20, daß der Transistor 14 in Sperrschwingerschaltung betrieben wird und alsbald den Strom durch die Primärwicklung 16 unterbricht. Die Drossel 18 enthält eine Sekundärinduktanz 22, deren Ausgangsspannung in einer Diode 24 gleichgerichtet und mittels eines Kondensators 26 gesiebt wird, um eine Spannung V-(Fig. 2) zu erzeugen. Wenn die allmählich ansteigende Spannung Vp am Kondensator ausreicht, um einen Impulsgenerator 30 mit gesteuerter Pulslänge in Gang zu bringen, wird der Startkreis 2O selbsttätig abgeschaltet und der Impulsgenerator 3O übernimmt von da an die Steuerung des Schalttransistors 14. Die Pulslänge des Generators 30 wird durch eine gleichgerichtete Spannung gesteuert, die an einer Sekundärwicklung der Drossel 18 abgenommen wird; letztere liefert auch die Ausgangsspannung, mit der eine äußere Last beaufschlagt werden soll. Auf diese Weise wird die Last mit einer in vernünftigen Grenzen konstanten Ausgangsspannung versorgt. Ferner enthält der Spannungswandler einen überlastschutz 34, der die Stromstärke Im Schalttransistor 14 überwacht und beim überschreiten einer bestimmten Schwelle augenblicklich abgeschaltet wird, um so eine Beschädigung des Transistors zu verhindern. Außerdem spricht ein Überspannung55schutz 35 auf Überspannungen an den Eingangsklemmen 10, 12 an.

Der Kollektor des Schalttransistors 14 ist mit einer Klemme der Primärwicklung 16 der Drossel 18 verbunden, während der Emitter des Transistors 14 über einen kleinen, zur Strommessung

7098S2/1198

dienenden Widerstand 36 geerdet ist. Zwischen Emitter und Basis des Transistors 14 liegt ein Kopplungswiderstand 37. Die Primärwicklung 16 ist magnetisch mit den Sekundärwicklungen 22 und 32 und mit einer (getrennt gezeichneten) Startwicklung 38, die zum Startkreis 20 gehört,gekoppelt. Offenbar können beliebig viele weitere Sekundärwicklungen zur Erzeugung entsprechender Ausgangsspannungen in verschiedenen Höhen vorgesehen sein. Zwecks enger Kopplung der Wicklungen 16 und 38 ist die Primärwicklung 16 bifilar mit der Startwicklung 38 gewickelt. Die Polaritäten der Wicklungen der Drossel 18 sind wie üblich mit Punkten bezeichnet. In den Sekundärkreisen befinden sich die Gleichrichterdioden 24 und 40, die den Strom in den zugehörigen Speicherkondensatoren 26 und 42 während der Sperrzeit des Transistors 14 durchlassen, wenn der Magnetfluß im Eisenkern der Drossel 18 zusammenbricht. Wenn also das punktierte Ende der Sekundärwicklungen positiv und das andere Ende negativ ist, fließt kein Strom in einer der Sekundärwicklungen 22 und 32. Die Kondensatoren 26 und 42 werden durch Entladungswiderstände 44 und 46 überbrückt. Beim Stromdurchgang durch die Primärwicklung 16 wird Energie im Eisenkern der Drossel 18 gespeichert. Diese Energie geht dann während der nachfolgenden Abschaltung des Transistors 14 auf die Sekundärwicklungen 22 und 32 über. Um eine gute Siebwirkung mit verhältnismäßig kleinen Kondensatorwerten 26 und 42 zu erreichen, wird der Transistor 14 mit verhältnismäßig hoher Frequenz in der Größenordnung von 20 Kilohertz umgeschaltet.

Sobald die Gleichspannung an die Eingangsklemmen IO und 12 angelegt wird, leitet der Startkreis 20 das Hin- und Herschalten des Transistors 14 ein, der wie gesagt als Sperrschwinger arbeitet. Wenn die Spannung am Kondensator 26 eine bestimmte Schwelle erreicht, die ausreicht, um den Impulsgenerator 30 mit Betriebsenergie zu versorgen, wird der Startkreis mittels der Sperrschaltung 4 8 abgeschaltet und von da an steuert der Impulsgenerator 30 den Transistor 14.

709852/1198

Bei Anlegung der Gleichspannung an die Klemmen 10 und 12 glättet der Kondensator 49 zusätzlich den Eingangsstrom. Der Startkreis 2O enthält einen Widerstand 50 in Serienschaltung mit einem Verzögerungskondensator 52. Um eine etwaige Polaritätsumkehr, die den Kondensator 52 beschädigen könnte,zu verhindern, ist eine Diode 54 parallel dazu geschaltet. Die am Kondensator 52 aufgebaute Spannung ist bei V_ft in Fig. 2 dargestellt. Es ist ein Bruchteil der Eingangsspannung entsprechend der Spannungsteilung in der Potentiometerschaltung aus den Widerständen 50, 56, 37 und 36. Die Startwicklung 38 ist bei 57 angezapft und der Widerstand 56 ist zwischen diese Anzapfung und die Kathode der Diode 54 eingefügt. Ein Ende der Startwicklung 38 ist mit der Anode einer Diode 6O und über diese mit der Basis des Schalttransistors 14 verbunden. Die Basisspannung V (Fig. 2) des Schalttransistors 14 folgt also der Spannung V., bis V_ßE die Öffnungsschwelle des Transistors übersteigt. In diesem Zeitpunkt steigt der Kollektorstrom Ip des Transistors und fließt zum punktierten Ende 62 der Primärwicklung 16. Gleichzeitig steigt wegen der engen Kopplung zwischen den Wicklungen 16 und 38 die Spannung am punktierten Ende 58 der Startwicklung 38 an. Durch diese Rückkopplung wird die Spannung V_ßE weiter erhöht, so daß der Transistor 14 sehr rasch in den Sattigungszustand übergeht, wie die Kollektorspannung V_c in Fig. 2 zeigt. Die maximale Kollektorstromstärke I_c im Transistor 14 wird durch das Produkt des Verstärkungsfaktors h_f des Transistors und der Basisstromstärke I bestimmt. Nach der Sättigung nimmt die Kollektorstromstärke I_c wetter zu, bis der maximale Sättigungsstrom (hj_e - I_ß) erreicht ist. In diesem Zeitpunkt beginnt das Kollektor-Emitter-Potential V_ des Transistors 14 anzusteigen. Der Anstieg von Vp wird auf die Startwicklung 38 zurückgekoppelt und die Spannung V_E am Ende 38 dieser Wicklung, wie auch die damit praktisch identische Spannung V__E nehmen rasch ab, wodurch der Transistor 14 gesperrt wird. Somit treibt nach der Anlegung der Eingangsspannung eine Rückkopplung

709852/1198

den Transistor 14 in die Sättigung und die gleiche Rückkopplungsschleife dient zur abrupten Sperrung des Transistors, der somit als Sperrschwinger geschaltet ist. Das geringe überschießen an der Vorderflanke von V-. und an der abfallenden Flanke von V_£ (Fig. 2) rührt von ungekoppelten Streufeldern zwischen den beiden Wicklungen her, d.h. die Streuung der bifilaren Wicklungen 38 und 16, die nicht mit den Sekundärwicklungen 22 und 32 gekoppelt ist, erzeugt das überschwingen.

Da Basis- und Kollektorkreis des Transistors 14 verhältnismäßig hohe Reiheninduktanzen enthalten,steigen die Basis- und KollektorStromstärken I„ und I„ mit einer Geschwindigkeit an, die von den entsprechenden Induktanzwerten bestimmt wird. Während die Stromstärke in der Wicklung 16 zunimmt, erhöht sich der Spannungsabfall Mieser Wicklung entsprechend und die posMv zunehmende (punktierte) Klemme 62 entspricht dem punktierten Ende 58 der Startwicklung, d.h. die Basisstromstärke I„ des Transistors 14 nimmt ebenfalls zu. Dieser Stromanstieg ermöglicht einen stärkeren Kollektor st rom I-,, bis rasch die Sättigung des Transistors 14 erreicht ist. Während des Durchlaßzustandes des Transistors 14 bleibt wegen einer Seriendiode 68 das andere Ende 59 der Startwicklung nicht leitend. Die Kathode der Diode 68 ist mit der positiven Eingangsklemme 10 und die Anode dieser Diode mit dem Ende 59 der Startwicklung 38 verbunden. Wenn der Transistor 14 gesperrt wird, wird die Startwicklung über die Diode 68 an das positive Eingangspotential gelegt und das untere Ende der Startwicklung wird ebenfalls über eine Diode 7O an Erdpotential gelegt, so daß der Kollektor eines Transistors 106 nicht negativ gegen Erde werden kann.

Der Impulsgenerator 30 enthält einen Pulsbreitenmodulator 72 bekannter Konstruktion. Die Betriebsweise eines solchen Pulsbreitenmodulators ist z.B. in dem Artikel "A Hybrid Integrated Pulse Wflth Modulator" von Hermann Fickenscher in

709852/1198

IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-8, Nr. 6, November/Dezember 1972, Seite 788 beschrieben. Er kann von der Western Electric Corporation unter der Bezeichnung 526A bezogen werden. Wenn die gleichgerichtete Spannung der Sekundärwicklung 22 einen vorbestimmten Wert erreicht, gelangt die Ausgangsspannung des Pulsbreitenmodulators 70 auf den Schalttransistor 14, indem der Kollektor eines NPN-Schalttransistors 74 mit Spannung beaufschlagt wird. Dieser Kollektor ist über einen Lastwiderstand 76 in Reihe mit einem einseitigen Siliziumschalter (SUS) 78 an den Gleichrichterausgang der Sekundärwicklung 22 angeschlossen. Die Charakteristik des einseitigen Schalters 78 besteht darin, daß eine vorbestimmte Spannungsschwelle erforderlich ist, um die Sperrschicht des Schalters durchzubrechen; danach zeigt der SUS eine außerordentlich niedrige Impedanz und dementsprechend einen nahezu verschwindenden Spannungsabfall.

Zusätzlich ist die Basis des Transistors 74 über einen Widerstand 79 mit der gleichgerichteten Sekundärspannung V„ verbunden. Wenn die Spannung V_p die Durchbruchspannung des SUS 78 übersteigt, ermöglicht der SUS den Stromfluß durch den Transistor unter Steuerung durch den Pulsbreitenmodulator 72. Obwohl der Pulsbreitenmodulator bei verhältnismäßig niedrigen Betriebsspannungen bereits arbeitet, sind seine Betriebseigenschaften unter diesen Umständen nicht genügend definiert. Der SUS 78 dient deshalb dazu, den Ausgang des Pulsbreitenmodulators 72 erst dann auf den Schalttransistor 14 zu geben, nachdem die Spannung V_ eine genügende Höhe erreicht hat, um die zuverlässige Steuerung des Pulsbreitenmodulators zu ermöglichen. Zur Verstärkung der pulsierenden Ausgangsspannung des Transistors 74 dient ein zweiter NPN-Transiäor 80. Ein Widerstand 81 liegt parallel zur Primärseite eines Trenntransformators 83; diese Parallelschaltung liegt in Reihe mit dem Kollektor des Transistors 80. Die Pulslänge des Modulators schwankt in Abhängigkeit vom gleichgerichteten Spannungsniveau an der Sekundärwicklung 32, die außerdem die Ausgangs-

709852/1198

■ *«, 27286Q8

spannung des Spannungswandlers liefert. Die Steuerspannung des Pulsbreitenmodulators 72 entspricht also genau der abgegebenen Spannung.

Die Ausgangsspannung V_E des Trenntransformators 83 treibt den Schalttransistor 14 über eine Bakerschaltung, die einen Begrenzungswiderstand 84 und Dioden 86 und 88 enthält. Eine Bakerschaltung dient bekanntlich zum Betrieb des Schalttransistors im Linearbereich mit hohen Schaltgeschwindigkeiten. Der Transistor 14 wird also nicht im Sättigungsbereich betrieben, der verhältnismäßig geringe Schaltgeschwindigkeiten mit sich bringt. Wenn der Impulsgenerator 3O einmal eine ausreichende Stromstärke auf die Basis des Transistors 14 liefert, fällt die Kollektorspannung V_c ab, bis die Diode 88 in Durchlaßrichtung beaufschlagt wird. Die Diode 88 wird d.so leitend und dient als Umgehung der Transistor basis, wodurch die Spannung Vp rasch und kräftig ansteigt und der Transistor etwas oberhalb der Sperrspannung gehalten wird. Diese Arbeitsweise steht im Kontrast mit der Arbeitsweise des Schalttransistors 14 im Betrieb als Sperrschwinger während der Sperrperiode, in der eine Sättigung des Transistors 14 herbeigeführt wird.

Während noch sowohl der Startkreis 20, als auch der Impulsgenerator 30 tätig sind, addieren sich die Eingangsspannungen des Transistors 14, wenn V_ einen hohen Wert hat. Wenn V_ einen niedrigen Wert hat, wird die Basis des Transistors 14 mittels eines PNP-Transistors 90 zur Basisentladung auf niedrigem Potential gehalten. Der Emitter des Transistors 90 ist unmittelbar mit der Basis des Schalttransistors 14 verbunden. Die Basis des Entladungstransistors 90 ist über einen Widerstand 92 mit dem Ausgang des Trenntransformators 83 verbunden. Im Normalbetrieb dient der Transistor 90 zur raschen Sperrung des Transistors 14, indem die Basis des Transistors 14 geerdet wird. Wenn der Transistor 80 gesperrt ist, öffnet die sich magnetisierende Induktanz des Transformators 83

709852/1198

den Transistor 90. Wie man sieht, sind der Impulsgenerator und die Sekundärseite der Drossel 18 gleichstrommSßig vom Rest des Spannungswandlers und von den Eingangsklemmen IO und 12 isoliert, so daß die am Eingang liegende Gleichstromquelle und die Last auf verschiedenem Niveau geerdet v/erden können.

Zum Abschalten des Startkreises 20 dient die Abschaltvorrichtung 48, die von der Ausgangsspannung V_£ des Impulsgenerators 3O beaufschlagt wird. Die Ausgangsspannung V_E wird über eine Trenndiode 98 auf ein RC-Glled mit Widerstand 1OO und ParalIeI-kondensator 102 gegeben, worin die Impulsenergie gespeichert wird; dies ergibt die Spannung V_R in Fig. 2. Während des Anfangspulses des Impulsgenerators 30 erreicht die Spannung am Speicherkondensator 102 die Durchbruchspannung einer Zenerdiode 104, welche die Spannung V„ über einen strombegrenzten Widerstand 108 auf die Basis eines Transistors 106 gibt. Die Verhältnisse sind so gewählt, daß bereits nach dem ersten Ausgangsimpuls des Generators 30 die Ladung des Kondensators 102 ausreicht, um die Zenerdiode IO4 durchzubrechen und die Basis des Transistors 106 zu sättigen. Wenn der Transistor gesättigt ist, legt er den Anschluß 58 der Startwicklung 38 an Erde, wodurch der Startkreis 20 stillgelegt wird. Die hohe Ausgangsspannung des Trenntransformators 83 wird über Widerstand 84 und Diode 86 auf die Basis des Schalttransistors 14 gegeben, wodurch dieser geöffnet wird. Wenn V„ einen niedrigen Wert hat, wird der Basisentladungstransistor 90 geöffnet und das niedrige Potential an seinem Emitter dient zur Abführung etwaiger Restladungen, die an der Transistorbasis gespeichert sein können, so daß der Transistor 14 vollständig gesperrt wird.

Damit die Kollektorspannung die Auslegung des Schalttransistors nicht übersteigt, ist die Kombination eines Begrenzungswiderstandes 110 und einer Zenerdiode 112 von der positiven Eingang ski emme 10 zur Basis eines NPN-Transistors 114 gelegt. Der Kollektor des Transistors 114 ist mit der Basis des Schalt-

709852/1198

transistors 14 verbunden. Der Emitter des Transistors 114 ist geerdet und die Basis mit einem Kopplungstransistor 116 versehen. Wenn also die über die Klammen 10 und 12 anqelegte Eingangsspannung dank eines Einschwingvorgangs kurzzeitig den Durchbruchwert der Zenerdiode 112 übersteigt,wird der Transistor 114 geöffnet und legt die Basis des Schalttransistors 14 an Erde, so daß dieser für die Dauer der überspannung gesperrt wird.

Die dargestellte Schaltungsanordnung enthält auch einen Stromüberlastkreis 34, der zum Schutz des Schalttransistors 14 für den Fall einer Überlastung oder eines Kurzschlusses einer der Sekundärwicklungen 22 und 32 dient. Ein überlastzustand einer der Sekundärwicklungen beeinflußt die andere Wicklung, so daß die Steuerspannung des Pulsbreitenmodulators 72 absinkt, unabhängig davon, welche Sekundärwicklung überlastet ist. In einem solchen Falle versucht der Pulsbreitenmodulator 72 den Schalttransistor 14 während immer längerer Zeitintervalle zu öffnen, bis das Maximum der Impulsbreite von 50 % der Periodenlänge erreicht ist. Die erhöhte mittlere Stromstärke im Transistor 14 wird dadurch erfaßt, daß die Spannung am Emitterwiderstand 36 abgegriffen und über zwei in Reihe liegende Begrenzungswiderstände 118 und 120 der Basis eines NPN-Transistors 122 zugeführt wird, der in Kombination mit einem PNP-Transistor 124 eine Verriegelung bildet. Um kurzzeitige Rauschimpulse zu umgehen und so ein zufälliges Einrasten der Verriegelung und die entsprechende Abschaltung des Schalttransistors 14 zu verhindern, ist ein Kondensator 121 zwischen Erde und die Verbindungsstelle der Begrenzungswiderstände HB und 120 geschaltet. Der Kollektor des NPN-Transistors 122 ist direkt mit der Basis des PNP-Transistors 124 verbunden und über einen Widerstand 128 an die Kathode einer Trenndiode 126 angeschlossen. Die Anode der Diode 126 liegt am Ausgang V_ des Impulsgenerators 30 und der Kollektor des Transistors 122 ist ebenfalls über einen Serienwiderstand 130 mit der Kathode der Diode 126 verbunden. Wenn die Spannung

709852/1198

- Vi rS

am Strommeßwiderstand 36 die Durchbruchspannung des Transistors 122 übersteigt, wird dieser geöffnet, wodurch auch der PNP-Transistor 124 leitend wird. Die öffnung des Transistors 124 bewirkt einen Spannungsanstieg an dessen Kollektor, wodurch eine positive Spannung auf die Basis des Transistors 122 gelangt, so daß beide Transistoren im leitenden Zustand verriegelt werden. Solange V hoch bleibt, bleiben die Transistoren 122 und 124 im geöffneten Zustand. Falls also der Schalttransistor 14 einen übermäßigen Strom aufnimmt, so lange die Ausgangsspannung des Impulsgenerators 30 positiv ist, rastet die Verriegelung ein, der Transistor 114 gelangt in den Sättigungszustand und die Basis des Schalttransistors 14 wird an Erde gelegt. Während des nachfolgenden Intervalls, worin V_G einen niedrigen Wert annimmt, geht die Anodenspannung der Diode 126 nach unten, ebenso der Kollektor vom Transistor 122 und der Emitter von Transistor 124, so daß beide Transistoren gesperrt werden und die Verriegelung wieder aufgehoben wird.

Während der Tätigkeit des Startkreises ergibt sich die Strombegrenzung dadurch, daß der Schalttransistor 14 im Betrieb als Sperrschwinger selbstbegrenzend ist. Im leitenden Zustand des Schalttransistors 14 sind die Sekundärdioden 24 und 40 gesperrt und der Schalttransistor arbeitet auf eine Last mit hoher Impedanz. Während des gesperrten Zustandedes Transistors 14 wird durch überlastung der Sekundärwicklungen die Abklingzeit des Primärstromes verlängert ( t "f^^ ). Diese Situation bewirkt eine Herabsetzung der Betriebsfrequenz des Startkreises und damit der Einschaltezeit des Transistors, wodurch eine übermäßige

709852/1198

Erwärmung vermieden wird.

Wenn eine Gleichspannung an die Eingangsklemmen 10 und 12 angelegt wird, fließt ein Strom durch die Serienwiderstände 50 und 56 und die Startwicklung 38 zur Basis des Schalttransistors 14. Nachdem dieser angesprungen ist, fließt ein Strom durch die Primärwicklung 16 der Drossel 18. Dank der engen Kopplung zwischen dieser Wicklung und der Startwicklung 38 steigt die Spannung V_ am Ende 58 der Startwicklung an, wodurch die Stromstärke durch die Basis des Transistors 14 weiter zunimmt und der Transistor abrupt gesättigt wird. Wenn der Kollektorstrom I_, die maximale Sättigungsstromstärke erreicht, beginnt V anzusteigen, was dank der Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Startwicklung einen Abfall in der Transistorbasisspannung bewirkt. Hierdurch wird V weiter erhöht und I_n dementsprechend weiter verringert und der Transistor sperrt den Stromkreis abrupt, arbeitet also als Sperrschwinger .

Nach der Sperrung des Transistors 14 wird die in der Drossel 18 gespeicherte Energie auf die Sekundärwicklungen 22 und 32 tibertragen, von den Dioden 24 und 40 gleichgerichtet und in den Ausgangskondensatoren 26 und 42 geglättet. Die Spannung am Ende 59 der Startwicklung 38 steigt an, wird aber mittels der Diode 68 daran gehindert, die positive Eingangsspannung zu tibersteigen. Das punktierte Ende 58 der Startwicklung wird ebenso durch die Diode 70 daran verhindert, unter Erdpotential abzusinken. Dieser Zustand wird zum Kollektor des Transistors 14 tibertragen, in dem die Kollektoremitterspannung den doppelten Wert der Gleichspannung an den Eingangsklemmen 10 und 12 nicht über-

709852/1198

"Ά-

schreiten kann. Der Ausgangskondensator 26 lädt sich auf, bis eine vorbestimmte Spannung erreicht ist, bei welcher der SUS 78 zusammenbricht und die Ausgangsspannung des Impulsbreiten~Modulators 72 über den Trenntransformator 83 und die Trenndiode 98 dem Abschaltkreis 48 zugeführt werden.

Nach dem Anfangsimpuls vom Generator 30 erreicht die Spannung am Kondensator IO2 einen Wert, der ausreicht, um die Zenerdiode 104 zum Durchbruch zu bringen und so einen Strom zur Basis des Transistors 106 fließen zu lassen. Wenn der Transistor 106 gesättigt ist, nimmt sein Kollektor eine niedrige Spannung an, so daß die Klemme der Startwicklung 38 geerdet wird und damit der Startkreis 20 während der Dauer des Betriebs praktisch stillgelegt wird. Nach dem Abschalten des Startkreises 20 wird der Schalttransistor 14 vom Ausgang des Impulsgenerators 30 gesteuert, dessen Ausgangsimpulse über die Diode 8$ auf die Basis des Transistors gelangen. Die Einschaltezeit des Impulsbreiten-Modulators 72 ist umgekehrt proportional zur Spannung an der Last; in dieser Weise nimmt die Einschaltzeit des Schalttransistors in dem Maße zu, wie die Lastspannung abnimmt. Dieser Zustand führt zur Erhöhung des Betrags der im Kern der Drossel 72 gespeicherten Energie und demgemäß der auf die Sekundärwicklungen 22 und gekoppelten Energie.

Wie erwähnt, werden ankommende Überspannungen, welche die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 112 übersteigen, der Basis des Schalttransistors 14 zugeführt, so daß dieser in Anwesenheit der Überspannung gesperrt wird. Zum Schutz des Transistors vor zu hohen Stromstärken ist die Gleich-

709852/1198

stromverriegelunq 34 vorgesehen, die auf unzulässig
hohe Stromstärken im Emitterwiderstand 36 des Schalttransistors 14 reagiert. Im eingerasteten Zustand der Verriegelung wird an den Transistor 114 eine positive Vorspannung angelegt, wodurch der Schalttransistor 14 gesperrt wird. In Reaktion auf den nachfolgenden niedrigen Wert von V_r wird die Verriegelung 34 zurückgestellt. So kann die Auslegung des Transistors 14 nach den normalen Betriebsbedingungen statt nach Überspannungen und Überlastungen bestimmt werden.

709852/1198

Leerseite

Claims

VatantiRwitt

T)i_Pi.-ing. G. Wsinhsusen 2 7 2 8 b O 8

P-S München 22 München, den ₇h. JUN/

Widenmayersti-εθβ 4β _τ

Τ·Ι. (O 83) 29Ö12B

Teletype Corporation in Skokie, Illinois /V. St. A.

Patentansprüche

!.Gleichspannungswandler, bestehend aus einem Schaltqlied, einem Transformator, dessen Primärseite mit dem Schaltglied verbunden ist, einem an die Sekundärseite des Transformators angeschlossenen Gleichrichter, einem Steuerglied zur periodischen öffnung und Schließung des Schaltgliedes und einem Startkreis zum Betrieb des Schaltgliedes während der Einschwingdauer des Steuergliedes, gekennzeichnet durch eine mit der Primärseite (16) und der Sekundärseite (22, 32) des Transformators magnetisch gekoppelte Startwicklung (38), die mit dem Transformator eine Drossel (IR) bildet und mit der Eingangsspannung der Primärseite (16) beaufschlagt wird, eine vom Gleichspannungseingang (10, 12) des Wandlers abgeleitete Speiseschaltuner (50, 52, 56) für die Steuerelektrode des Schaltgliedes (14) und eine Verbindung von der Startwicklung (38) zu der Steuerelektrode.

Dr.Hk/Du. 7 0 9852/1198

27286Q8
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied aus einem Impulsgenerator (30) besteht, der in Abhängigkeit von der Spannung an einer Sekundärwicklung (22) der Drossel (18) ein Impulssignal auf die Steuerelektrode des Schaltgliedes (14) gibt, sowie gekennzeichnet durch eine Abschaltvorrichtung (48) für den Startkreis (20) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Impulsgenerators (30), so daß der Startkreis (20) das Schaltglied (14) nach dem Einschalten des Gleichspannungswandlers so lange steuert, bis der Impulsgenerator (30) die Steuerung übernimmt.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied(14) aus einem Transistor besteht, dessen Basis als Steuerelektrode dient, und daß der Impulsgenerator (30) einen Impulsbreiten-Modulator (72) enthält, dessen Einschaltrhythmus durch die Spannung an einer Sekundärwicklung (32) der Drossel (18) bestimmt wird, sowie daß der Impulsgenerator weitere Schaltglieder (74, 78) zum Anlegen der Ausgangsspannung des Impulsbreiten-Modulators an die Basis des Schalttransistors (14) in Abhängigkeit von der Sekundärspannung enthält.

709852/1198
4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Basis des Schalttransistors (14) angelegte Eingangsgleichstrom über wenigstens einen Abschnitt der Startwicklung (38) auf die Basis des Schalttransistors gelangt.
5. Gleichspannungswandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Startwicklung (38) über eine Trenndiode (60) mit dem Schalttransistor (14) gekoppelt ist und daß die Abschaltvorrichtung (48) ein Kurzschlußglied (106) für dieses Ende der Startwicklung (38) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Impulsgenerators (72) aufweist.
6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schaltmittel (74, 78) einen einseitigen Siliciumschalter (78) aufweisen, der in Abhängigkeit von der gleichgerichteten Sekundärspannung die Zuführung der Ausgangsspannung des impulsbreiten"Modulators (72) an den Schalttransistor (14) zuläßt, wenn die gleichgerichtete Sekundärspannung einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat.

7Ö98S2/1198
7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen überlastschutz (34) , der bei überschreiten einer bestimmten Stromstärke im Schalttransistor (14) denselben sperrt.
8. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der überlastschutz (34) eine Verriegelung (122, 124) enthält, die beim überschreiten des festgelegten Schwellenwertes der Stromstärke einrastet und in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Signal des Impulsgenerators (72) zurückgestellt wird.
9. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schutzvorrichtung für den Schalttransistor (14) gegen Überspannungen, die beim überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes der Eingangsspannung den Schalttransistor (14) sperrt.
10. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Trenntransformator (83) zwischen der Ausgangsseite des Impulsgenerators (72) und der Basis des Transistors (14) zur gleichstrommäeigen Isolierung zwischen der Eingangsgleichspannung und der Ausgangsgleichspannung.

709852/1198