DE1613032A1

DE1613032A1 - Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE1613032A1
Application number: DE19671613032
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Johannes Backwinkel; Eckhardt Greyer
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1967-09-30
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-12-23

Description

Gleichspannungswandler Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer Eingangsgleichspannung in eine erhöhte Ausgangs-.-. Bleichspannung mit einem Tränsistoroszillator und einem Transformator, von dessen Sekundärwicklung die Oszillatorschwingungen einem Gleichrichter zugeführt sind, der im Gleichstromkreis der Emitter-Basis-Strecke des Transistors und des Laststromkreises liegt.
Derartige Gleichspannungswandler, bei denen der Laststrom gleichzeitig als Basisstrom für den Transistor benutzt wird) sind bekannt. Diese Gleichspannungswandler haben den Vorteil, daß mit dem Abschalten der Last der Basisstrom des Transistors unterbrochen und damit auch der Wandler abgeschaltet wird. Bei fehlender last wird damit die Eingangsgleichspannung praktisch nicht belastet.
Wird aber der Gleichspannungswandler für größere Leistungen ausgelegt, ao muß der Transistor beträchtlich überdimensioniert werden, da der Basisstrom die Wahl des Transistors bestimmt. Diese Tatsache ist nachteilig, da der Transistor einerseits nicht mit seinem zulässigen Kollektorstrom belastet wird und andererseits Leistungstransistoren mit sehr großen Basisströmen sehr °teuer sind. Weiterhin ist von Nachteil, daß der Transistor auch in bezug auf seine Sperrspannungen überdlmensioniert sein muß,,da die Basis-Emitter- und die Kollektor-Emitterspannung in den Schaltpausen des Oszillators stark ansteigt. Dieae Spannungsspitzen können zwar mit Hilfe zusätzlicher Schaltmittel herabgesetzt werden, aber damit wird der Wirkungsgrad, der bei diesen Gleichspannungswandlern mit zunehmender Ausgangsleistung stark abnimmt, weiter verringert. Erfindungsgemäß werden die Nachteile dadurch vermieden, daß der Transformator eine zweite Sekundärwicklung aufweist, von der das eine Wicklungsende zu einer Anschlußklemme der Eingangsseite führt und das andere Wicklungsende mit einem Pol eines zweiten Gleichrichters verbunden ist, dessen anderer Pol an einer Anschlußklemme der Ausgangsseite liegt.
Diese zweite Sekundärwicklung, die mit dem zweiten Gleichrichter in Reihe geschaltet ist, liegt funktionsmäßig parallel zur ersten Sekundärwicklung des Transformators. Durch diese zweite Sekundärwicklung kann der größere Teil des Laststromes geleitet werden, so daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors entlastet wird. Dadurch ergibt sich eine bedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Herabsetzung der Span-.nungsspitzen in-den Schaltpausen des Oszillators.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler bekommt die Eingangsgleichspannung an zwei Eingangsklemmen 1 und 2 zugeführt. Dabei bildet die Eingangsklemme 1 die positive Anschlußklemme und die Eingangsklemme 2 die negative Anschlußklemiiae. Die negative Anschlußklemme 2 ist über eine Verbindungsleitung 3 mit der negativen Anschlußklemme 4. der Ausgangsseite verbunden. Zwischen der positl.ven Eingangsklemme 1 und der negativen Eingangsklemme-2 liegt ein Elektrolytkondensator b. An die positive Eingangsklemme 1-ist der Emitter eines prip-Transiotors 7 angeschlosnen, dessen Kollektor über die Primärwicklung 9 eines Transformators S an die Verbindungsleitung 3 geschaltet ist. Die Basis des Transistors 7 ist mit- einem Wicklungsende einer ersten Gekundärwicklung °10 des Transformators ß verbunden, dessen zweites Wicklungsende zu der Anode eines mit seiner Katode an der positiven Anachlußklemme 5 der Ausgangsseite liegenden ersten Gleichrichters 12 geschaltet ist. Die Basis-Emitter-Strecke des.Transistors 7 ist mit einem Kondensator 13 überbrückt, außerdem ist-von der Basis dieses Transistors ein Kondensator 14 zu der Verbindungsleitung 3 geschaltet. An die positive Eingangsklemme 1 ist ein Wicklungsende einer zweiten Sekundärwicklung 11 des Transformators 8 geschaltet, dessen zweites Wicklungsende an der Anode eines mit seiner Katode an die positive Ausgangsklemme 5 geschalteten zweiten Gleichrichters 15 liegt. Die Anode des ersten Gleichrichters 12 ist mit der Anode des zweiten Gleichrichters 15 über einen Widerstand 16 verbunden. Von der Anode des ersten Gleichrichters 12 ist ein Kondensator 1'7 zu der Verbindungsleitung 3 geschaltet und zwischen der positiven Ausgangsklemme 5 und der. negativen Ausgangsklemme 4 liegt ein als Ladekondensator dienender Elektrolytkondensator 18.
Wird an die Eingangsklemme 1 und 2 des Gleichspannungswandlers eine Eingangsgleichspannung angelegt, so tritt der Gleichspannungswandler erst dann in Funktion, wenn zwischen die Ausgangsklemmen 4 und 5 eine Last eingeschaltet ist. Bei der.grundsätzliehen Funktionsbeschreibung des Gleichspannungswandlers wird zunächst auf die Wirkung der zweiten Sekundärwicklung 11 des Transformators 8 und den zweiten Gleichrichter nicht näher eingegangen. Ist der Laststromkreis geschlossen, dann entsteht ein k tromfluß; dgr von der pƒoitv@n Eingg-ngsklemng 1 über di@ Fin_itter-Basis-Strecke des Transistors 7 die erste Sekdndäicklung 10 des Transformators 8, den ersten Gleichrichter 12, die eingeschaltete Last und die Verbindungsleitung 3 zu der negativen Eingangsklemme«2 führt. Dieser Strom bildet den Basisstrom, der mit seinem Maximalwert einsetzt und mit der Zeitlinear abnimmt. Der Basisstrom hat aber einen ansteigenden durch die Primärwicklung 9 des Transformators 8 fließenden Zollektorstrom zur Folge, der in der ersten Sekundärwicklung 10 des Transformators 8 eine Spannung induziert. Der Kollektorstrom und der Basisstrom des Transistors 7 verhalten sich während der Flußphase des Transistors 7 gegenläufig. Erreicht der Kollektorstrom einen Wert, der dem Wert des Basisstromes multipliziert mit dem Stromverstärkungsfaktor entspricht., s® kann der Kollektorstrom nicht weiter ansteigen und das Abschalten des Transistors wird eingeleitet. - Diepea-.bechalten erfolgt sehr rasch, da durch die fehlende Stromänderung des Kollektorstromes in der Sekundärwicklung 10 keine Spannung'mehr induziert wird und dadurch der Gleichrichter 12 gesperrt wird. Die Sperrung des Gleichrichters 12 und damit die Unterbrechung des Basisstromes wird durch die größere Ladespannung des Elektrolytkondensators 18 bewirkt.
Während der Sperrphase ist die Last von der Sekundärwicklung 10 des Transformators 8 abgetrennt. Der Sekundärkreis des Trans- ' formators 8 besteht in der Sperrphase des Oszillators aus einem -Parallelschwingkreis. Dieser Parallelschwingkreis besteht aus der ersten Sekundärwicklung 10, zu der die Reihenschaltung der beiden Kondensatoren 14 und 17 parallel liegen. Dieser Parallelschwirigkreis ist nur sehr schwach gedämpft, und er führt während der Sperrzeit nahezu eine Sinusschwingung aus. Dabei ändert sich die Spannung an der Sekundärwicklung 10 von einem positiven Wert zunächst in negativer Richtung bis zu einem negativen Maximalwert und steigt danach wieder auf positive Werte an. Erreicht diese Spannung die Ladespannung des Elektrolytkondensators 18, dann wird der erste Gleichrichter 12 wieder leitend und der Basisstrom .des Transistors beginnt zu fließen. Damit setzt ein neues Spiel des Oszillatare ein. Diö Sperrphase des Oszillators ist bei diesem Ausführungsbeispiel geringer als die Plußphase. Die während der Flußphase des Oszillators in der ersten Sekundärwicklung 10 des Transformators 8 induzierte Spannung ist der Eingangsgleichspannung in Reihe geschaltet, so daß an den Aus gangsklemmen 4 und 5 eine gegenüber der Eingangsgleichspannung erhöhte Ausgangsspannung entnehmbar ist.

Durch- die zweite Sekundärwicklung 11 des Transformators 8, die funktionsmäßig parallel zur ersten Sekundärwicklung 10 des Transformators 8 liegt, wird die Basis-Emitter-Strecke des Transistors entlastet und der Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers erhöht. Die zweite Sekundärwicklung 11 besitzt die gleiche Windungszahl wie die erste Sekundärwicklung 10so daß beim Betrieb des Gleichspannungswandlers in beiden Sekundär-

wicklungen die gleichen Spannungen induziert werden. Der Anteil.

des Laststromes, der durch die zweite Sekundärwicklung 11

fließt, ist größer als der Teil des Laststromes,der über die

Emitter-Basis-Strecke des.Transistors 7 fließt. Diese Tatsache

ist durch den Basisbahnwideratand Und den Emitterbahnwiderstand

des Transistors 7 bedingt, die im Stromkreis der zweiten Sekun-

.därwicklung 11 des Transformators 8 fehlen. Die Funktionsweise

des Gleichspannungswandlers wird durch die zweite Sekundär-

wicklung 11 des Transformators 8 nicht verändert, dagegen wird-«@

der Wirkungsgrad stark verbessert, der bei Ausgangsleistungen

oberhalb von 20 Watt ca. 85% beträgt. Außerdem wird der Transi-

stor besser ausgenutzt, d.h. bei gleichen Ausgangsleistungen

kann für den erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler ein

Transistor mit geringerer Leistung verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler weist den zusätz-

lichen Vorteil auf, daß der Oszillator bei einem Zusammenbruch

der Eingangsspannung nichtabgeschaltet wird. Bei einer gegen-

über dem Normalwert verringerten Eingangsspannung kann der

Gleichspannungswandler auch nur eine geringere Ausgangsspannung

erzeugen. Im Zeitpunkt des Zusammenbruchs der Eingangsspannung

ist aber die Ladespannung des Elektrolytkondensators 18 auf der

Ausgangsseite größer als die erzeugte Ausgangsspannung, so daß

die Gleichrichter 12 und 15 gesperrt werden. Durch die Sperrung

des Gleichrichters 11 wird aber der Basisstrom des Transistors

7 unterbrochen und damit eine Sperrphase des Oszillators einge-

leitet. Bei anderen bekannten Gleichspannungswandlern bleibt

der ,Oszillator solange abgeschaltet, bis der Elektrolytkonden-

sator 18 auf der Ausgangsseite soweit entladen ist, daß_seine

Ladespannung unter den Wert der Eingangsspannung abgesunken

ist. Beim erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler bleibt der

Oszillator weiter in Funktion, da in der Sperrphase der schwach

gedämpfte Pärallelschwingkreis eine Schwingung ausführt und

die Spannung an der ersten Sekundärwicklung 10 zunächst absinkt

und dann soweit ansteigt, bis sie die Ladespannung das Elektro-

lytkondensators 18 erreicht. Damit wird aber der erste Gleich-

richter 12 wieder leitend und der Baeieetrom setzt ein-: Die in

der zweiten Sekundärwicklung gespeicherte Energie wird in der

Sperrphase des Oszillators dem Parallelschwingkreis über den

Widerstand 16 zugeleitet und für das Schwingen des Parallel-

schwingkreises ausgenutzt.,

Bei einem Zusammenbruch der Eingangsspannung sinkt natürlich

durch die Belastung die Ladespannung am Elektrolytkondensator

18 und damit die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers.'

Da aber der Oszillator weiter in Funktion bleibt, ist durch

die verringerte Eingangsspannung dem Gleichspannungswandler

weiter eine Ausgangsspannung entnehmbar, die zwar geringer ist

als die im Normalfall entnehmbare Ausgangsspannung, sie sinkt

aber niemals unter den Wert der Eingangsspannung.

Claims

Patentansprüche 1. Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer bingangsgleichspannurig in eine erhöhte Ausgangsgleichspannung mit einem Transistoroszillator und einem Transformator, von dessen Sekundärwicklung die Oszillatorschwingungen einem Gleichrichter zugeführt sind, der im Gleichstromkreis der Emitter-Basis-Strecke des Transistorsund des Laststromkreises liegtr dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (8) eine zweite Sekundärwicklung (11) aufweist, von der das eine Wicklungsende zu einer Anschlußklemme (1) der Eingangsseite führt. und das andere Wicklungsende mit einem Poleines zweiten Gleichrichters (15) verbunden ist, dessen anderer Pol an einer Anschlußklemme (5) der Ausgangsseite liegt.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sekundärwicklung (11) die gleiche Windungszahl wie die erste Sekundärwicklung (10) aufweist, und daß die Primärwicklung (9) zwischen die beiden Sekundärwicklungen auf den Spulenkörper des Transformators (8) gewickelt ist.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors (7) an eine Anschlußklemme der Eingangsseite (1) angeschlossen ist und die Basis dieses Transistors (7) über die erste Sekundärwicklung (10) des Transformators (8) und den ersten Gleichrich# ter (12) zu einer Anachlußklemme (5) der Ausgangsseite*führt, und daß diesem Stromkreis die aus der zweiten Sekundärwicklung.(11) des Transformators (8) und dem zweiten Gleichrichter (15) bestehende Reihenschaltung parallel geschaltet ist.