DE2938162A1

DE2938162A1 - Verfahren zum begrenzen des stromes durch einen steuerbaren elektronischen schalter in einem fremderregten gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2938162A1
Application number: DE19792938162
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter 7150 Backnang Freye
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-21
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2938162C2

Description

Verfahren zum Begrenzen des Stromes durch einen
steuerbaren elektronischen Schalter in einem fremderregten Gleichspannungswandler Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen des Stromes durch einen steuerbaren elektronischen Schalter in einem fremderregten Gleichspannungswandler, wobei ein taktgesteuerter Pulsbrei tenmodulator den elektronl -schen Schalter steuert, dieser Pulsbreitenmodulator durch das Ausgangssignal eines Vergleichsverstärkers beeinflußt wird, und dem Vergleichsverstärker eine zur Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers proportionale Cröße, eine feste Referenzspannung und ein zu mindestens einem der Lastströme proportionalen Signal zugeführt werden.
Um den elektronischen Schalter eines Gleichspannungswandlers vor zu hohen Strömen zu schützen, ist es bekannt, das Tastverhältnis zur Ansteuerung des elektronischen Schalters in Abhängigkeit der Kriterien Ausgangsspannung, Ausgangsstrom oder Elngangsstrom zu variieren.
Aus der DE-OS 27 15 571 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Schaitreglers bekannt, wobei eine am Verbraucher stehende Spannung mit einer zum Eingangsstrom proportionalen Größe und einer überlagerten Referenzspannung mittels eines Komparators verglichen und damit der elektronische Schalter gesteuert wird. Da hier das Kriterium Eingangsstrom zur Auswertung herangezogen wird, ist ein unverzögertes Ansprechen eines Komparators auf schnelle Laststromänderungen nicht möglich. Außerdem ist der Schaltungsaufwand bei diesem Ausführungsbeispiel sehr hoch; der Komparator kann erst durch einen Rückstellimpulsgeber in Bereitschaft gebracht werden.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren oben genannter Art anzugeben, das unverzögert auf schnelle Laststromänderungen anspricht und die Lastkennlinie beliebig einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einem Eingang des Vergleichsverstärkers eine zum Laststrom proportionale gleichgerichtete Spannung zugeführt wird, und daß einem anderen Eingang das Summensignal aus einer zur Ausgangsspannung proportionalen gleichgerichteten Größe und einer Referenzspannung zugeführt wird.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausbildungen dieser Schaltungsanordnung sind in den Ansprüchen 3 bis 6 beschrieben.
Die Vorteile, die sich aus dem Verfahren und der Schaltungsanordnung ergeben, sind größerer ausnutzbarer Regelberelch, da die Speicherzeiten der Schalttransistoren nicht wie die üblichen Spltzenwert-Strombegrenzungen den Regelbereich begrenzen, kleiner Temperaturkoeffizient des Ansprechwertes der Vergleichsschaltung bei gleichzeitigem Wegfall eines Abgleichs.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines fremderregten Cleichspannungswandlers, Fig. 2, 3 und 4 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Strombegrenzerschaltungsanordnung.
In Fig. 1 werden mittels der Transformatoren Trl, Tr2, ... Trn zu den jeweiligen Lastströmen proportionale Signale gebildet, die der Stromauswerteeinheit STA zugeführt werden. Deren Ausgangssignale werden der Strombegrenzereinheit STB zugeführt, die den Pulsbreitenmodulator PBM steuert. Diesem Pulsbreitenmodulator PBM werden außerdem Signale eines Spannungsreglers SPR und eines Taktgebers TGR zugeführt. Der Pulsbreitenmodulator PBM steuert den elektronischen Schalter T im Primärkreis des hier gezeigten galvanisch getrennten Eintakt-Sperrwandlers, der ebenso als Fluß- oder Mehrtaktwandler ausgebildet sein könnte.
In Fig. 2, 3 und 4 liefern die Transformatoren Tr1, Tr2, ... Trn sekundärseitig in den Sekundärinduktivitäten Ls1, Ls2, ... Lsn synchron zur Leitzeit des elektronischen Schalters T den Augenblickswert des Laststroms J1, J2, ... Jn.
Die an den niederohmigen Sekundärwicklungen Ls1 , Ls2, ... Ls3 anstehenden Spannungen werden mittels der Auswertedioden Dal, Da2, ... Dan gleichgerichtet und dem Integrationskondensator C21, C22 bzw. C23 zugeführt sowie an einen Eingang des Vergleichsverstärkers V gelegt.
Dem Vergleichsverstärker V wird einem anderen Eingang eine zur Ausgangsspannung proportionale Spannung Ua über den Widerstand R2 und die Diode D1 zugeführt. Diesem anderen Eingang wird auch über den Widerstand R1 eine Referenzspannung Uref zugeführt, so daß ein Summensignal am Vergleichsverstärker V ansteht. Außerdem sind an diesem anderen Eingang der Widerstand R3 und der Kondensator C1 angeschlossen. Der Kondensator C1 ermöglicht einen sanften Anlauf des Gleichspannungswandlers beim Einschalten.
In Fig. 2 ist der eine Eingang des Vergleichsverstärkers V der nicht invertierende und der andere Eingang der invertierende. In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 ist der eine Eingang der invertierende und der andere Eingang der nichtinvertierende.
Die Widerstände R1 und R2 dienen durch Voreinstellung des Referenzpotentials an R4 zum Einstellen der gewünschten Ausgangskennlinie. Dabei wird durch R1 der Kurzschlußstrom Ik bei Ua = OV und mit R2 durch Auswertung einer zur Ausgangsspannung proportionalen Größe der Ansprechwert Ia max beim Nennwert der Ausgangsspannung eingestellt.
In Fig. 2 ist der Vergleichsverstärker V mittels Integrationskondensator C21 als Integrator mit statischer Spannungsverstärkung > 1 geschaltet. Als Folge des kleinen Innenwtderstandes der Stromauswerteschaltung STA mit den Funktionselementen Lsl, Ls2, ... Lsn und Dal, Da2, ... Dan wird der Integrationskondensator C21 unverzögert beim Überschreiten des durch den Widerstand R3 festgelegten Referenzwertes aufgeladen. Bei fehlendem Widerstand R11 ist eine Entladung von C21 nur über die nunmehr gesperrten Auswertedioden Dal, Da2, ... Dan möglich. Um optimale dynamische Eigenschaften zu erhalten, wird mit R11 zinke feste Entladezeit- konstante eingestellt, da bei kleinen Sperrströmen über die Auswertedioden Dal, Da2, ... Dan zu lange Entladezeiten des Integrationskondensators C21 auftreten können, was zur Folge hat, daß nach einer einmal erfolgten Strombegrenzung bei nachfolgender Entlastung des Gleichspannungswandlers die Ausgangsspannung verzögert wiederkehrt.
Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet nun folgendermaßen: Überschreitet ein durch die Transformatoren Trl, Tr2, ... Trn ausgewerteter Stromimpuls einen durch die Spannung an R3 vorgegebenen Referenzwert, so wird die Soll-Istwert-Differenz durch den Vergleichsverstärker V invertiert und verstärkt.
Am Ausgang des Vergleichsverstärkers V entsteht unverzögert eine Gleichspannung, die proportional, jedoch verstärkt, die Regelabweichung zwischen dem an R3 eingestellten Sollwert und dem tatsächlich fließenden Strom wiedergibt.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, das ähnlich wie die Schaltungsanordnung nach Fig.
2 arbeitet. Der Vergleichsverstärker V ist dabei als nichtinvertierender Verstärker geschaltet und die Spitzenwertintegration wird durch den parallel zur Serienschaltung aus Dal, Da2, ... Dan und Ls1, Ls2, ... Lsn liegenden Integrationskondensator C22 erreicht. Parallel zu C22 ist der Entladewiderstand R12 angeordnet. Zur Einstellung der Verstärkung ist der invertierende Eingang des Vergleichsverstärkers V über den Widerstand R4 mit seinem Ausgang verbunden. Diesem Ausgang ist eine Diode D2 nachgeschaltet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erfolgt die Integration erst am Ausgang des Vergleichsverstärkers V mittels Diode D2, Widerstand R5 und Integrationskondensator C23.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Begrenzen des Stromes durch einen steuerbaren elektronischen Schalter in einem fremderregten Cleichspannungswandler, wobei ein taktgesteuerter Pulsbreitenmodulator den elektronischen Schalter steuert, dieser Pulsbreitenmodulator durch das Ausgangssignal eines Vergleichsverstärkers beeinflußt wird, und dem Vergleichsverstärker eine zur Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers proportionale Größe, eine feste Referenzspannung und ein zu mindestens einem der Lastströme proportionalen Signal zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß einem Eingang des Vergleichsverstärkers (V) eine zum Laststrom proportionale gleichgerichtete Spannung zugeführt wird, und daß einem anderen Eingang das Summensignal aus einer zur Ausgangsspannung proportionalen gleichgerichteten Größe und einer Referenzspannung zugeführt wird.
2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß an einen Eingang des Vergleichsverstärkers (V) angeschlossen ist ein erster, die Referenzspannung zuführender Widerstand (R1), eine Schaltung zur Zuführung einer der Ausgangsspannung proportionalen Größe und eine nach Masse führende Parallelschaltung, gebildet aus einem dritten Widerstand (R3) und einem ersten Kondensator (C1), daß an einen anderen Eingang des Vergleichsverstärkers (V) eine an Masse geführte Parallelschaltung angeschlossen ist, gebildet aus den Serienschaltungen von Sekundärinduktivitäten (Lsl ... Lsn), der Transformatoren (Trl ... Trn) der Laststromkreisa und Auswertedioden (Dal ... Dan), und daß ein Integrationskondensator (C2x) sowie eine Cleichrichteinrichtuig an den Vergleichsverstärker (V) geschaltet' ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationskondensator (C21) den anderen Eingang des Vergleichsverstärkers (V) mit dessen Ausgang verbindet, und daß an diesen Eingang des Vergleichsverstärkers ein an Masse führender Entladewiderstand (R11) angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationskondensator (C22) und ein Entladewiderstand (R12) beide parallel zu der Parallelschaltung der Sekundarinduktivitäten und Auswertedioden liegen, daß der das Summensignal führende Eingang des Vergleichsverstärkers (V) mittels eines vierten Widerstandes (R4) mit dem Ausgang des Vergleichsverstärkers (V) verbunden ist, und daß diesem Ausgang eine zweite Diode (D2) nachgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- des VergleiehsverstArkers (V) abgewandte Elektrode mit einer an Masse geführten Parallelschaltung, gebildet aus einem fünften Widerstand (R5) und dem Integrationskondensator (C23), verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zuführung einer der Ausgangsspannung porportionalen Größe aus einem zweiten Widerstand (R2) und einer ersten Diode (D1) gebildet ist.