DE2345097C3 - Fremdgesteuerter Gleichspannungswandler - Google Patents
Fremdgesteuerter GleichspannungswandlerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen fremdgcsteuerten
Gleichspannungswandler, bei dem ein Steuergeneralor für rechteckförmige Steuersignale mit von dessen
Versorgungsgleichspannung unabhängigen elektrischen >
<■-Parametern auf einen durch eine umzusetzende Versorgungsgleichspannung gespeisten, im Schaltbetrieb
arbeitenden Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren einwirkt, deren Schaltstrecken in Reihenschaltung
an die Versorgungsgleichspannung — gegenüber ■' dieser in Durchlaßrichtung gepolt — angeschlossen
sind, und mit einem Ausgangsübertrager, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Koppelkondensator
parallel zur Schaltstrerke des einen Transistors geschaltet ist und der sekundärseitig eine Gleichrichter-
<«■ schaltung sowie einen Siebkondensator für die Ausgangsspannung
aufweist. Ein solcher Gleichspannungswandler ist bekannt(CH-PS 5 3H 782).
Der bekannte Gleichspannungswandler enthält eine
Anzahl mit llalbleiterschaltelemcnten bestückle Wech- '■■
selrichler. Im ein/einen sind die Wechselrichter aus je
einem Gegentaktverstärker aufgebaut, an den ein Serienschwingkreis angeschlossen ist. Die Frequenz
eines die Wechselrichter synchron steuernden Generators für rechteckförmige Signale stimmt beim Betrieb
mit voller Ausgangsspannung mit der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreise·, überein. Dabei ist der
Innenwiderstand des Gegentaktverstärker in Verbindung
mit dem Serienschwingkreis minimal. Da der Innenwidersiand frequenzabhängig ist. kann die Ausgangsspannung
durch Verändern der Frequenz des Generators verringert werden. Dies wird zu einer
Regelung der Ausgangsspanming durch einen geschlossenen
Regelkreis ausgenutzt. Mit einem geschlossenen Regelkreis läßt sich /war eine gute Regelgenauigkeit
erreichen; er weist aber aus .Stabilitätsgründen eine gewisse Regelträgheil auf. Soll in erster Linie eine
Stabilisierung der Ausgangsspannung gegen Schwankungen der Eingangsspannung des Gleichspannungswandler
erfolgen, so eignet sich hierzu eine Störgrößenaufschaltung der Eingangsspannung. bei der keine
Stabililälsprobleme auftreten.
Eine solche Störgrößenaufschaltung der Eingangsspannung ist bei einem fremdgesieuerten Gleichspannungswandler
beispielsweise durch die US-PS 32 27 942 an sich bekannt. Bei diesem Gleichspannungswandler
wird ein Steuergenerator in seiner Frequenz in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Wandlers
derart gesteuert, daß im Eiidcffeki die Ausgangsspannung
des Wandlers trotz schwankender tingangsspannung konstant bleibt. Dieser Wandler weist als
Leistungsschalter in seinem Wechselrichterteil Thyristoren auf. Der Steuergenerator liefert kurze Zündimpulse
für die Thyristoren. Der Wechselrichierteil speist
die nachgeschaltete Gleichrichter- und Filteranordnung mit Rechteckinipulsen konstanter Dauer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem fremdgesieuerten Gleichspannungswandler der eingangs
genannten Art mit verhältnismäßig wenig Schallungsaufwand eine Störgrößenaufschaltung der
Versorgungsglcichspannung vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gegentaktverstärker mit dem Steuergenerator
transformatorisch über einen Steuerverstärker verbunden ist. dessen Steuereingang über einen
Widerstand in ansteuerndem Sinne an der Versorgungsglcichspannung liegt und mit dem Steuergenerator
über einen die Steuersignale des Steuergenerators differenzierenden Kondensator verbunden ist, und daß
der .Siebkondensator an die Sekundärseite des Ausgangsüberiragers
über eine Diode angeschlossen ist, die gegenüber der Sekundärspannung des Ausgangsübertragers
derart gepolt ist, daß sie bei zugesteuertem Steuerverstärker stromdurchlässig ist.
Da die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zwischem
dem Steuergenerator und dem Gegentaktverstärker nur ein einziges zusätzliches aktives Bauteil, z. B.
einen Transistor oder integrierten Schaltkreis, erfordert, ist der Aufwand besonder gering. Mit Hilfe des
zusätzlichen aktiven Bauteiles kann in vorteilhafter Weise eine Störgrößenaufschaltung in Abhängigkeit
von der in der Größe schwankenden Versorgungsgleichspannung im Hinblick auf eine konstante Ausgangsgleichspannung
erfolgen, und /war durch Veränderung des Tastverhältnisses der Steuersignale des
Steuergeneraiors. Die Änderung des Tastverhältnisses und eine damit verbundene Steuerung des Stromflußwinkels
des Sieuerverstiirkers erfolgt über das üiesem
vorgeschaltete Differenzierglied derart, daß bei hoher
Vervntiiingsgleichspannung eine kurze und bei niedri
gcr Versorgungsgleichspannung eine lange Sperrphase
vorliegt. Dies wirki sich auf den an die Sekundärseite
des Ausgangsübertragers angeschlossenen Siebkondensalor so aus. daB über die betreffende Diode bei hoher
Versorgungsgleii.hspannung ein kurz andauernder und
bc; niedriger Versorgungsglcichspannung ein langer
iindauernder Ladestrom fließt.
Wenn für den Gleichspannungswandler ein .Steuergenerator
verwendet wird, der in seiner Frequenz von Hand einstellbar ist. kann die Ausgangsgleichspannung
in vorgegebenen (jrcnzen leicht von Hand eingestellt
werden.
Es gibt Anwendungsfälle, bei denen der Fremdgesteuerte
Gleichspannungswandler nicht imrv.T denselben Verbraucher mit Strom versorgt Da bei l.asianderungen
eine gewisse Schwankung der Ausgangsgleichspannung unabhängig von der Versorgungsgleichspannung
eintritt, kann es für manche Anwendungsfälle von
Vorteil sein, daß die Ausgungsgleichspannung zusätzlich
auch noch lasHinabhängig auf dem gewünschten konstanten Wert gehalten wird. Dies kann in vorteilhafter
Weise bei der vorliegenden Schaltungsanordnung dadurch erreichi werden. Mali der Steuereingang des
Verstärkers außerdem über die Reihenschaltung einer Zencrdiode mit einem Widerstand an die Primärwicklung
des Ausgangsübertragers angeschlossen ist. Durch eine derartige Rückführung ist der Innenwiderstand des
(ileichspannungsvv .Midlers kompensierbar, wi durch in
vorteilhafter Weise Lastschwankungen nich, zu entsprechenden Schwankungen der Ausgangsspariming
führen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
an Hand der Zeichnung näher erläutert, Ls zeigt
Fig. 1 die Schaltung eines frenidgesteuerten Gleichspannungswandlers
und
Ii g. 2 in mehreren Diagrammlinien verschiedene Signulverläufe.
('ig. I zeigt die Schaltungsanordnung eines frenidgesteuerten
Gleichspannungswandlers mit einem Steuer generator G für rechteckförmige Steuersignale HST.
vgl. ¥ i g. 2, Diagrammlinie I. Durch die Wahl eines Blockschaltbildes für den Steuergenerator G soll
angedeutet werden, daß hierfür keine spezielle Schaltung verwendet weiden muli. Ks ist jedoch Voraussetzung,
daß der durch die Versorgungsgleichspannung + UB gespeiste Steuergenerator G Steuersignale
ausgibt, deren Frequenz und Amplitude unabhängig von den zu erwartenden Amplitudenschwankungen der
Versorgungsgleichspannung + UB konstant sind. An den Steuergenerator G ist über einen Kondensator Ci
die Basiselektrode eines Transistors Ti in Emitterschaltung
angeschlossen, dessen Kollektorelektrode über die Primärwicklung (711 eines Übertragers Ul in Reihe
mit einem Widerstand R I an der Versorgungsgleichspannung
+ UB liegt. Diese gelangt ferner über den Widerstand R 2 auf die Basiselektrode des Transistors
Ti. Der Widerstand R2 ist so bemessen, daß der
Transistor Ti unter Berücksichtigung aller möglichen Amplitudenschwankungen der Versorgungsgleichspannung
+ UB jeweils bei hohem Potential der Steuersignale (/ST vom Generator G durchgeschaltet ist. Der
Widerstand R 1 dient zur Strombegrenzung im Primär
und Sekundärkreis des Übertragers (/1. Die Sekundärwicklung Il 12 des 1 Iberiragers I' 1 ist einerseits mit den
beicien Basiselektroden zweier komplementärer Transistoren
72 und /"3 und andererseits mit deren Emitterelektroden verbunden. Die Kollektorelektrode
des transistors 7 2 hegt an '!er Versorgungsgleichspannung
t UB. Dagegen fuhrt die Kollektorelektrode des
Transistors 73 Nullpotential. Die beiden komplementären
Transistoren 7~2 und Ti ergeben einen Gegentaktverstärker,
dessen Ausgang die beiden zusatrimengeschalteten Emitterelektroden bilden. Diese sind über
einen Koppelkondensator C'2 und die Primärwicklung i'?l eines Ausgangsübertragers U2 auf Nullpotential
gelegt. Die Kapazität des Koppelkondensators C 2 im
so bemessen, daß sich für die Frequenz der Steuersignale
i AST ei η relativ geringer Blindwiderstand im Hinblick
auf den auf die Primärseite des Übertragers U2
transformierten festwiderstand an den Klemmen K 1
und K 2 ergibt. Die Sekundärwicklung (722 des
Ausgangsübertrager U2 kann über eine Leitung /. 1
ebenfalls auf Nullpotential gelegt werden. Bei aufgetrennter Leitung /. 1 ist die Ausgangsspannung des
Gleichspannungswandler erdfrei. Andererseits ist an die
Sekundärwicklung (722 eine Diode D 1 angeschlossen
mit einer derartigen Polung, daß über die Diode D 1
immer dann ein Strom in einen .Siebkondensator ( i
fließt, wenn der Transistor 72 leitend ist. An den Klemmen K I und K 2 steht die Ausgangsspaniung des
Gleichspannungswandler + UA zur Verfugung.
Ls ist für die richtige Funktion des fremdgesteuerten
fjleichspannungswandlers von Bedeutung, daß der
(jenerator G rechleckförmige Steuersignale (7.S7
abgibt.die in ihrer Frequenz und Amplitude unabhängig
von der Versorgungsglcichspannung des Generators (J konstant sind. Bevorzugt wirj cmc Amplitude der
Steuersignale (1ST, die etwa 10% der Versorgungsgleichspannung + UBisx. Die rechteckformigcn Steuersignale
(7.S7' werden über den Kondensator (I differenziert. Lm diesbezüglicher Signalverlauf an der
Basiselek'rode des Transistors 71 ist in der Diagrammlinie
2 in F i g. 2 in Abhängigkeit von der /.en /
dargestellt. Die Bezugszeichen der Diagrammlinien sind ebenfalls — jedoch in jeweils einem Kreis — an den die
betreffenden .Signalverläufe aufweisenden Schaltungsteilen
eingetragen.
Im Zusammenhang mit dem Signalserlauf in der
Diagrammlinie 2 ist vergleichsweise die Versorgungsspannung + UB eingetrager;, die im Verhältnis zum
Steuersignal (AST durch das genannte Amplituden verhältnis
etwa zehnmal so groß ist. Vor jeder Halbperiode der Steuersignale (7.ST bei der die Signalamplitude noch
nicht mit dem Nullpotential identisch ist, liegt die Basiselektrode des Transistors 71 auf einem positiven
Potential, das der .Schwellspannung der Steuerstrecke
des Transistors 71 entspricht, vgl. auch Diagrammlinie
2, Kurventeil 21. Sobald das Steuersignal (AS"/' Nullpotential erreicht hat, vgl. t 1 in Diugrammlinie I.
springt das Potential an der Basiselektrode des Trans.stors 71 auf einen negativen Wert, der gleich der
um die Basis-Emitterspannung des Transistors 71 verminderten Amplitude des Steuersignals (7.ST ist.
Während der Zeitdauer 22 des Impulses 23 ist der Transistor 71 gesperrt. Die Zeitdauer 22, also die
Impulsbreite des Impulses 23, richtet sich nach der Kapazität des Kondensators Ci und dem Wert des
Widerstandes R 2 und ist ebenfalls abhängig von der jeweiligen Höhe der Versorgungsgleichspannung + UB.
Ls läßt sich mathematisch nachweisen, daß die Impulsbreite annähernd proportional 1/(7/5 ist. Die
Zeildauer 22. die verstreicht, bis der Impuls 2i
abgeklungen ist und der Transistor 71 nach dem
Erreichen des Kurventeiles 24 wieder durchgeschaltet
ist, ist damit umgekehrt proportional zur Versorgungsgleichspannung + ί 1B Das bedeutet, daß die Sperrphase
des Transistors 1 um so langer wird, je kleiner die
Versorgungsgleichspanniing + UB ist. Andererseits ist
die Impulsbreite danach um so kleiner je höher die Versorgungsgleiehspannung + IJB \s\
Die in der Diagrammlinie \, 4 dargestelhen
reehteckförmigen Impulse entsprechen den .Signalverlaufen an dem mit denselben Bezugs/eichen versehenen
.Schaltungsteilen. Da nur grundsätzliche Zusammenhänge
gezeigt werden sollen, sind bei der Darslellungsweise .Spannungsabfälle am Widerstand R 1. der Primärwicklung
UW des Übertragers i/l bzw. die Restspannung
der Schaltstrecke vom durchgeschalteten Transistor 72 nicht berücksichtigt. Solange der Transistor 71
gesperrt ist. ist der Transistor 72 des Gegentaktverstärker durchgeschaltel und der Transistor 73 gesperrt. In
der übrigen Zeit kehren sich die beschriebenen '■ Verhältnisse um. so daß die Transistoren 71 und 73
leitend, dagegen der Transistor 7"2 gesperrt ist. Die Diode D 1 ist nun so geschaltet, daß sie während der
Zeit, in welcher der Transistor 72 leitend ist. einen Stromimpuls, vgl. Diagrammlinie 5. auf den Siebkönden- ^'
sator C"3 überträgt. Da der Ausgangsübertrager i/2
vom Gegentaktverstärker mit den Transistoren 72 und 73 durch den koppclkondensator C"2glcichspannungsmäUig
abgetrennt ist. erhält der Ausgangsübertrager 112 Gleichstromvormagnctisierung. Hieraus resultiert eine
geringe Grolle im Verhältnis zur übertragenen Leistung. L:in nachträglicher Vergleich der in den
Diagrammlinicn 2 und 5 dargestellten Signalverläufe zeigt, daß der Ladestrom des Siebkondensators ("3 um
so langer andauert, je kleiner die Versorgungsgleich- >'
spannung + UB ist, weil in dem !"all die Zeitdauer 22
größer ist.
Wenn der fremdgesteuerte Gleichspannungswandler als Stromversorgungseinrichtung für wechselnde Lasten
eingesetzt werden soll, kann es von Vorteil sein, die ;*
Atisgangsspannung +IJA an den Klemmen Ki. K 2
nicht nur unabhängig von der Versorgungsgleiehspannung + UB auf einem konstanten Wert zu halten,
sondern zusätzlich noeh eine Unabhängigkeit von der jeweiligen Last zu schaffen. Dies kann in vorteilhafter A"
Weise dadurch erreicht werden, daß die Basiselektrode des Transistors 71 über die gestrichelt dargestellte
Leitung, eine Zencrdiode D 2 in Reihe mit einem Widerstand /?3 mit dem Verbindungspunkt des
Koppelkondensaiors C2 und der Primärwicklung i/21
des Übertragers U2 verbunden ist.
Line weitere Abwandlung der vorliegenden Schal
uingsanordnung kann in vorteilhafter Weise dadurcl
erzielt werden, daß der .Steuergenerator G nicht dirck
aus der Versorgungsgleiehspannung +Uli gespeis vvird. Zu diesem Zweck wird die Leitung /. 2 aufgeircnii
und der Steuergenerator G in bevorzugter Weise übet eine Widerstand-Kondensatorschaltung R 5. C4 durcl
die Aiisgangsspannung + UA gespeist. Da der iremdge
steuerte Gleichspannungswandler in der dann vorliegenden Schaltung nicht selbsttätig beim Vorhandenseil
der Versorgungsgleiehspannung +UB anläuft, win.
zum Starten ein zusätzlicher Stromkreis vorgesehen der aus der Versorgungsgleiehspannung + i//igespeist
wird. Zu diesem Zweck ist der Widerstand R 4 ir Verbindung mit dem Tastenkontakt TK vorgesehen
Die in diesem Zusammenhang vorzusehenden Leitungen sind ebenfalls striehliert dargestellt. Beim kurzzeitigen
Schließen des Tastcnkontaktes TK beginnt der ι Sieuergenerator G Steuersignale UST abzugeben
wodurch sich der Siebkondensator C3 schließlich nach einigen Perioden auf die gewünschte Ausgangsspannung
+ UA aufgeladen hat. Von diesem Zeitpunkt an steht für den Steuergenerator G auch bei geöffneten
Tastcr.kontakt TK eine ausreichende Versorgungs
gleichspannung zur Verfugung, so daß der Gleichspan
nungswandlcr mit der vorgesehenen F'rcmdsteuerunj: selbsttätig arbeiten kann. Bei einem etwaigen kurzzeni
gen Kurzschluß der Ausgangsspannung + UA wird der Gleichspannungswandler erst nach einer durch die
Bemessung der Bauteile C4 und R 5 vorgegebenen Zeilkonstanten abgeschaltet, weil die für den Steuergcnerator
G erforderliche Versorgnungsgleichspannung erst nach der genannten Zeitdauer auf ein Minimum
abgesunken ist. Ein selbsttätiges Anlaufen der Schaltungsanordnung ist nach den vorangegangenen Lrläuterungen
nicht möglich und erfolgt erst durch eine Bedienung des Tastenkontaktes 7AJ.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in vorteilhafter Weise so abgeändert werden, daß
gleichzeitig mehrere, verschiedene Ausgangsspannungen erzeugt werden. Hierzu wird die Sekundärwicklung
i'22 mit mehreren Anzapfungen versehen, an die je
eine Diode und ein Siebkondensator angeschlossen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Fremdgesteuerter Gleichspannungswandler, bei
dem ein Steuergenerator für rechteckförmigc
Steuersignale mit von dessen Versorgungsgleichspannung unabhängigen elektrischen Parametern
auf einen durch eine umzusetzende Versorgungsgleichspannung gespeisten, im Schaltbetrieb arbeilenden
Gegentaktverstärker mil zwei Transistoren κ einwirkt, deren Schaltstrecken in Reihenschaltung
an die Versorgungsgleichspannung — gegenüber dieser in Durchlaßrichtung gepolt — angeschlossen
sind, und mit einem Ausgangsübertrager, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Koppelkonden- is
sator parallel zur Schaltstrecke des einen Transistors geschaltet ist und der sekundärseitig eine Glcichrichterschaltung
sowie einen Siebkondensalor für die Ausgangsspannung aufweist, dadurch gekenn
/ e ic h η e t. daß der Gegentaktverstärker (T 2. T3) mit dem Steuergeneralor (G) transformatorisch
(f /1) über einen Steuerverstärker (Transistor
T I) verbunden ist. dessen Steuereingang über einen Widerstand (R 2) in aufsteuerndem Sinne an der
Versorgungsgleichspannung (+UB) liegt und mit j~
dem Stcuergenerator (C) über einen die Steuersignale
des Steuergenerators (G) differenzierenden Kondensator (C I) verbunden ist. und daß der
Siebkondensator (Ci) an die Sekundärseite des Ausgangsübertrager (LI2) über eine Diode (D 1) ν
angeschlossen ist, die gegenüber der Sekundärspannung des Ausgangsübertragers (1)2) derart gepolt
ist. daß sie bei zugesteuriem Steuerverstärker (Transistor 7"1) stromdurchlässig ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuereingang des Verstärkers /Tl) außerdem über die Reihenschaltung einer
Zenerdiode (D2) mit einem Widerstand (R 3) an die
Primärwicklung (U2\) des Ausgangsübertragers (i/2)angeschlossen ist. a<->
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch die Verwendung eines in der
Frequenz einstellbaren Stcuergenerators (G).
Priority Applications (3)
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CH1029874A CH571787A5 (de) | 1973-09-06 | 1974-07-26 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732345097 DE2345097C3 (de) | 1973-09-06 | 1973-09-06 | Fremdgesteuerter Gleichspannungswandler |
Publications (3)
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---|---|
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Family
ID=5891887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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CA1167916A (en) * | 1979-10-10 | 1984-05-22 | Robert E. White | Converter circuit employing pulse-width modulation |
DE3228780C2 (de) * | 1982-08-02 | 1984-10-11 | Hermann Dipl.-Ing. 8000 München Zierhut | Schaltnetzgerät |
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-
1974
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- 1974-07-26 CH CH1029874A patent/CH571787A5/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
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