DE2050034C2 - Electronic regulated DC voltage converter - Google Patents

Electronic regulated DC voltage converter

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DE2050034C2 DE19702050034 DE2050034A DE2050034C2 DE 2050034 C2 DE2050034 C2 DE 2050034C2 DE 19702050034 DE19702050034 DE 19702050034 DE 2050034 A DE2050034 A DE 2050034A DE 2050034 C2 DE2050034 C2 DE 2050034C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen geregellen Gleichspannungswandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.The invention relates to an electronic Regulated DC voltage converter of the type specified in the preamble of claim 1.

Aus der US-PS 34 00 319 Ist ein elektronischer geregelter Gleichspannungswandler der im Oberbegriff des Anspruches I angegebenen Art bekannt, bei dem das Ruckkopplungsglied ein ohmscher Widerstand Ist, Ober den die Gegenspannungsimpulse aus der Primärwicklung des Wandlertransformators während der Sperrphase des Wandlers die Transistor-Kaskade sperren. Die Schwingfrequenz des bekannten Wandlers ist jedoch im wesentlichen von den Daten des verwendeten Schwingtransformators und der Bemessung des Schwingtransistors abhängig, so daß es in diesem Fall nicht möjr'ich ist, eine ίο für das verwendete Kernmaterial des Schwingtransformators optimale Schwingfrequenz festzulegen.From US-PS 34 00 319 is an electronic regulated DC-DC converter of the type specified in the preamble of claim I known, in which the Feedback link is an ohmic resistor, upper the counter-voltage pulses from the primary winding of the converter transformer during the blocking phase of the Converter block the transistor cascade. However, the oscillation frequency of the known transducer is essential on the data of the oscillating transformer used and the dimensioning of the oscillating transistor dependent, so that in this case it is not möjr'ich to have a ίο for the core material used in the oscillating transformer determine the optimal vibration frequency.

Die Regelung der Ausgangsspannung des bekannten Gleichspannungswandlers erfolgt durch ein entsprechendes Verändern der Schwingfrequenz des Wandlers, is indem der erste Transistor der Transistorkaskade als regelbarer Widerstand im Basiszweig des zweiten Transistors verwendet wird und im Verhältnis der Vergleichsspannung gesteuert wird. The output voltage of the known DC voltage converter is regulated by a corresponding one Changing the oscillation frequency of the converter is by using the first transistor of the transistor cascade as variable resistor is used in the base branch of the second transistor and is controlled in the ratio of the comparison voltage.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ausführung für einen elektronischen geregelten Gleichspannungswandler einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu finden, dessen Schwingfrequenz trotz einer einfachen Ausbildung des Wandlertransformators nahezu unabhängig von der Ausführung des Wandlertransformators in weiten Grenzen festlegbar ist.The invention is therefore based on the object of an embodiment for an electronic controlled To find DC-DC converter of a type specified in the preamble of claim 1, its Vibration frequency is almost independent of the design despite a simple design of the converter transformer of the converter transformer can be determined within wide limits.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst.
In einem Gleichspannungswandler nach der Erfindung ist in vorteilhafter Weise im wesentlichen nur das Rückkopplungsglied der Schwingschaltung für die Lade- und Entladezelt, d. h. für die Impulszeiten, maßgeblich. Da das Rückkopplungsglied in sehr weiten Grenzen dimensioniert werden kann, ohne die Arbeitssicherheit der Schaltung zu gefährden, ist auch die Schwingfrequenz in weiten Grenzen einstellbar, so daß die Schwingschaltung immer an die optimale Übertragungsfrequenz des Wandlertransformators angepaßt werden kann.This object is achieved according to the invention by the circuitry measures specified in the characterizing part of claim 1.
In a DC voltage converter according to the invention, essentially only the feedback element of the oscillating circuit for the charging and discharging tents, ie for the pulse times, is relevant in an advantageous manner. Since the feedback element can be dimensioned within very wide limits without endangering the operational safety of the circuit, the oscillation frequency can also be set within wide limits, so that the oscillation circuit can always be adapted to the optimal transmission frequency of the converter transformer.

Ein weiterer Vorteil lsi das günstige Impulsbreiten-Impulspausen-Verhältnis von etwa 1:1, das der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler erzeugt.Another advantage is the favorable pulse width / pulse pause ratio of about 1: 1, which the DC-DC converter according to the invention generates.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements of the invention are specified in the subclaims.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 weist den Vorteil auf, daß ein Gleichspannungswandler nach der Erfindung auch noch bei einer sehr kleinen Versorgungsglelchspannung von beispielsweise 2 Volt einen guten Wirkungsgrad hat und einwandfrei schwingt.The embodiment according to claim 3 has the advantage that a DC voltage converter according to the invention even with a very low supply voltage of, for example, 2 volts, a good one Has efficiency and oscillates flawlessly.

Mit den Maßnahmen nach Anspruch 5 wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Schwingfrequenz des Wandlers von der Spannungsregelung nicht verändert wird.With the measures according to claim 5 is advantageous Way achieved that the oscillation frequency of the converter is not changed by the voltage regulation will.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeipiels näher erläutert. Der In der Zeichnung dargestellte Gleichspannungswandler nach der Erfindung wird beispielsweise zur Erzeugung einer hohen Betriebsspannung als Versorgungsspannung für ein Gelger-Müller-Zählrohr In einem Strahlungswarn- und/oder Strahlungsmeßgerät verwendet.The invention is described below with reference to an advantageous exemplary embodiment shown in the drawing explained in more detail. The DC / DC converter according to the invention shown in the drawing is for example for generating a high operating voltage as a supply voltage for a Gelger-Müller counter tube Used in a radiation warning and / or radiation measuring device.

Ein Hochspannungsteil 25 des Gleichspannungswandler umfaßt die Niederspannungswicklung II und die Hochspannungswicklung III eines Wandlertransformators 26. einen Ladegleichrichter 3 und einen Hochspannungs-Spelcherkondensator 5. An den Speicherkondensator 5 Ist als Last 6 ein GM-Zählrohr und dessen In Serie dazu liegender Arbeltswiderstand angeschlossen.A high voltage part 25 of the DC voltage converter comprises the low voltage winding II and the High-voltage winding III of a converter transformer 26. a charging rectifier 3 and a high-voltage Spelcher capacitor 5. A GM counter tube and its in series is connected to the storage capacitor 5 as load 6 to this lying work resistance connected.

An der Niederspannungswicklung II des Wandlertransformators 26 liegt eine elektronische Schwingschaltung 27 und eine Vergleichs- und Regelschaltung 28. Die Schwingschaltung, die aus einer Batterie 2 gespeist wird, besteht aus zwei In Kaskade geschalteten Transistoren 29 und 30, Widerständen 31 bis 33. Dioden 34 und 35 sowie aus einem Rückkopplungsglied mit einem Kondensator 36 und einem Widerstand 37. Die eigentliche Vergleichsschaltung ist aus einem Gleichrichter 4, einem Speicherkondensator 7 und einem Spannungsteiler mit Widerständen 38 und 39 gebildet, während die Regelschaltung aus einer Zenerdiode 40, einem Schalttransistor 41 und einem Widerstand 42 besteht.At the low-voltage winding II of the converter transformer 26 is an electronic oscillating circuit 27 and a comparison and control circuit 28. Die Oscillating circuit, which is fed from a battery 2, consists of two transistors 29 connected in cascade and 30, resistors 31 to 33. Diodes 34 and 35 and a feedback element with a capacitor 36 and a resistor 37. The actual comparison circuit consists of a rectifier 4, a storage capacitor 7 and a voltage divider with resistors 38 and 39 formed while the control circuit consists of a Zener diode 40, a switching transistor 41 and a resistor 42.

Die Ladephase der Schwingschaltung 27 wird mit einem vom Widerstand 32 klein gehaltenen AnFachstrom in die Basis des ersten Transisiors 29 der Kaskade eingeleitet. Infolge der Kaskadenschaltung wird auch der zweite Transistor 30 etwas leitend, wodurch nun der Strom in die Basis des ersten Transistors 29 Ober den zweiten Transistor 30 und den Rückkopplungszweig fließt. Beide Transistoren kippen dadurch in den voll leitenden Zustand und bleiben in diesem Zustand solange, bis sich der Kondensator 36 im Rückkopplungszweig aufgeladen hat und der Ladestrom nicht mehr ausreicht, den ersten Transistor offen zu halten. Der zweite Transistor 30 drosselt dadurch den Strom durch die ihm als Arbeitswiderstand dienende Niederspannungswicklung II des Wandlertransformators 26. Der Wandlertransformator erzeugt in seinen beiden Wicklungen eine induktive Gegenspannung, die im Hochspannungsteil 25 über den 3" Gleichrichter 3 den Hochspannungskondensator 5 auflädt. An der Niederspannungswicklung II sperrt die Gegenspannung über den Rückkopplungszweig die Transistorkaskade 29, 30 vollständig und lädt gleichzeitig über den Gleichrichter 4 den Speicherkondensator 7 des Vergleichskrelses auf. Der Kondensator 36 im Rückkopplungszweig entlädt sich nun über die Diode 34 solange, bis der Entladestrom die Wirkung des Anfachstromes über den Widerstand 32 nicht mehr unterdrückt und ein neuer Ladevor0ang eingeleitet wird. Die Diode 34 schützt gleichzeitig den Eingang des ersten Transistors 29 vor den hohen Spannungswerten der Gegenspannungsspitze.The charging phase of the oscillating circuit 27 is introduced into the base of the first transistor 29 of the cascade with an auxiliary current that is kept small by the resistor 32. As a result of the cascade connection, the second transistor 30 also becomes somewhat conductive, as a result of which the current now flows into the base of the first transistor 29 via the second transistor 30 and the feedback branch. As a result, both transistors switch to the fully conductive state and remain in this state until the capacitor 36 in the feedback branch has been charged and the charging current is no longer sufficient to keep the first transistor open. The second transistor 30 thereby throttles the current through the low-voltage winding II of the converter transformer, which serves as a working resistor the counter voltage completely blocks the transistor cascade 29, 30 via the feedback branch and at the same time charges the storage capacitor 7 of the comparison circuit via the rectifier 4. The capacitor 36 in the feedback branch is now discharged via the diode 34 until the discharge current has the effect of the starting current via the resistor 32 is no longer suppressed and a new charging process 0 nec the diode 34 is initiated. the same time protects the input of the first transistor 29 from the high voltage values of the reverse voltage peak.

Die Widerstände 31 und 33 dämpfen den Einfluß der Parameterstreuungen und des Temperaturganges der Transistoren, Insbesondere die Diode 34, die entgegengesetzt parallel zum Eingang des zweiten Transistors 30 geschaltet Ist, hat einen hoch temperaturstabilisierenden Einfluß auf die Schwingschaltung.The resistors 31 and 33 dampen the influence of the parameter spreads and the temperature response of the Transistors, in particular the diode 34, which are opposite in parallel to the input of the second transistor 30 Is switched has a high temperature stabilizing influence on the oscillating circuit.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der zweite Transistor 30 der Transistorkaskade ein Siliziumtransistor vom NPN-Typ ist, der auch bei hohem Kollektorstrom eine sehr niedere Kollektor-Emitter-Restspannung hat und dadurch bei der Leistungsübertragung nur geringe Verluste an diesem Transistor auftreten. Wegen der Forderung nach kleinem Reststrom im Sperrzustand sollte vorteilhaft auch der erste Transistor 29 ein Siliziumtransistor (vom PNP-Typ) sein.It is very advantageous if the second transistor 30 of the transistor cascade is a silicon transistor of the NPN type which has a very low residual collector-emitter voltage even with a high collector current and as a result, only small losses occur at this transistor during power transmission. Because of the demand after a small residual current in the blocking state, the first transistor 29 should also advantageously be a silicon transistor (of the PNP type).

Im Verlgeichskreis entsteht am Speicherkondensator 7 aus der Niederspannungswicklung II durch die Gegenspannungsimpulse eine zur Hochspannung am Hochspannungskondensator 5 proport'onale Gleichspannung, die vom Spannungsteiler 38, 39 'iei untergesetzt wird. Sobald die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers 38, 39 die Durchbruchspannung der Zenerdiode 40 überschreitet, fließt ein Strom über diese Zenerdiode. die Basis des Transistors 41 und die Diode 34. Der Transistor 41 gelanfei dadurch in den leitenden Zustand, führt den Ladestrom des Rückkopplungszweiges 36, 37 ab und setzt die Schwingschaltung 27 solange außer Betrieb, bis die Spannung am Widerstand 38 unter die Zenerspannung der Diode 40 abgesunken ist. Infolge der kleinen Hysteresis der Ein- und Ausschaltpunkte der Zenerdiode 40 sind die Schwankungen der Hochspannung am Hochspannungskondensator 5 sehr gering.In the comparison circuit arises on the storage capacitor 7 from the low-voltage winding II due to the counter-voltage pulses a direct voltage proportional to the high voltage on the high voltage capacitor 5, which is subordinated by the voltage divider 38, 39 'iei. As soon as the voltage at the tap of the voltage divider 38, 39 exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 40, a current flows through this zener diode. the base of transistor 41 and diode 34. The transistor 41 becomes conductive as a result, leads the Charging current of the feedback branch 36, 37 and sets the oscillating circuit 27 out of operation until the voltage at resistor 38 has dropped below the Zener voltage of diode 40. As a result of the small The hysteresis of the switch-on and switch-off points of the Zener diode 40 are the fluctuations in the high voltage on the high-voltage capacitor 5 very low.

An die Anschlußpunkte AA der Schaltung, d. h. an die Niederspannungswicklung II des Wandlertransformators 26, kann zusätzlich noch eine weitere Gleichrichterschaltung 43 für eine Gleichstromlast 44, beispielsweise als Gleichspannungsversorgung für eine Versiärkerschaltung angeschlossen werden. Die Gleichrichterschaltung 43 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Gleichrichter 45 und einem Speicherkondensator 46.At the connection points AA of the circuit, ie to the low voltage winding II of the converter transformer 26, a further rectifier circuit 43 for a direct current load 44, for example as a direct voltage supply for a booster circuit, can be connected. In the exemplary embodiment shown, the rectifier circuit 43 consists of a rectifier 45 and a storage capacitor 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektronischer geregelter Gleichspannungswandler mit einer die Primärwicklung eines Wandlertransformators und eine Kaskadenschaltung aus zwei komplementären Transistoren enthaltenden Schwingschaltung, in der die Basis des ersten Transistors der Kaskade Ober ein Rockkopplungsglied mit dem an die Primärwicklung des Wandlertransformators angeschlossenen Kollektor des zweiten Transistors der Kaskade verbunden ist und zwischen dem Emitter des ersten Transistors und einer den Gleichspannungswandler speisenden Gleichspannungsquelle ein Emitterwiderstand und zwischen der Basis dieses Transistors und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle ein weiterer Widerstand angeordnet ist und in der außerdem parallel zum Eingang des ersten Transistors der Kaskade eine Diode in zur Flußrichtung der Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors entgegengeserzten Flußrichtung liegt, ferner mit einer mit ihrem Ausgang an die Basis des ersten Transistors der Kaskade angeschlossenen Regelschaltung, die zur Regelung der Schwingschaltung aus einer in der Regelschaltung gebildeten, zur am Ausgang des Gleichspannungswandlers befindlichen Gleichspannung proportionalen Verglei.chsspannung ein Regelsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungsglied aus der Serienschaltung eines Kondensators (36) und eines Widerstandes (37) besteht.1. Electronic regulated DC voltage converter with the primary winding of a converter transformer and a cascade circuit of two oscillating circuits containing complementary transistors, in which the base of the first transistor of the cascade over a rock coupling element with the to the Primary winding of the converter transformer connected collector of the second transistor of the Cascade connected and between the emitter of the first transistor and one of the DC-DC converter feeding DC voltage source an emitter resistor and between the base of this transistor and the other pole of the DC voltage source, a further resistor is arranged and in which also has a diode parallel to the input of the first transistor of the cascade in the direction of flow the base-emitter path of the first transistor is in the opposite direction of flow, furthermore with a with its output to the base of the first transistor of the cascade control circuit connected to the Control of the oscillating circuit from a formed in the control circuit, for at the output of the DC voltage converter located DC voltage proportional comparison voltage a control signal generated, characterized in that the feedback member from the series circuit of a There is a capacitor (36) and a resistor (37). 2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da? parallel zur Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors (30) der Kaskade eine Diode (35) liegt, deren Flußrichtung der der Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors entgegengerichtet ist.2. DC voltage converter according to claim 1, characterized in that? parallel to the base-emitter path of the second transistor (30) of the cascade has a diode (35) whose direction of flow is that of the Base-emitter path of the second transistor is opposite. 3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (29) der Kaskade (29, 30) ein Siliziumtransistor vom PNP-Typ und der zweite Transistor (30) ein Siliziumtransistor vom NPN-Typ ist.3. DC voltage converter according to claim 1 or 2, characterized in that the first transistor (29) of the cascade (29, 30) a silicon transistor from PNP type and the second transistor (30) is a silicon transistor of the NPN type. 4. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Regelschaltung (28) an die Primärwicklung (II) des Wandlertransformators (26) angeschlossen Ist.4. DC voltage converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the The input of the control circuit (28) is connected to the primary winding (II) of the converter transformer (26) Is. 5. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichskreis zur Erzeugung der Vergleichsspannung in der Regelschaltung (28) aus der Serienschaltung eines Gleichrichters (4) und eines Speicherkondensators (7) besteht, daß an den Abgriffeines parallel zum Spetcherkondensator angeordneten Spannungsteilers (38. 39) die aus der Serienschaltung einer In Sperrlchtung geschalteten Zenerdiode (40), der Basis-Emitterstrecke eines Transistors (41) und der Paralleldiode (34) zum Eingang des ersten Transistors (29) angeschlossen Ist.5. DC voltage converter according to one of claims I to 4, characterized in that a Comparison circuit for generating the comparison voltage in the control circuit (28) from the series circuit a rectifier (4) and a storage capacitor (7) consists that at the tap of a voltage divider arranged parallel to the Spetcher capacitor (38. 39) the series connection of a reverse-biased Zener diode (40), the base-emitter path a transistor (41) and the parallel diode (34) to the input of the first transistor (29) connected.
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