DE2461654C3

DE2461654C3 - Fremdgesteuerter Sperrumrichter mit geregelter Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE2461654C3
Application number: DE2461654A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Ganzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-27
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2461654A1; DE2461654B2; JPS5193352A; GB1536408A; IT1051417B; NL7515111A; SE7514461L; FR2296301A1

Description

Kern einen Luftspalt besitzt und dessen Querinduktivität dadurch im Betriebsbereich vom Strom unabhängig ist Der Gleichrichter Gr sperrt während der Einschaltzeit ti. Ist genügend Energie im Transformator gespeichert, wird der Schalttransistor Ti 1 gesperrt Die Spannung am Transformator polt um, und die gespeicherte Energie wird während der Sperrzeit f2 des Schalttransistors an seinen Kondensator C2 und den Lastwiderstand R 2 abgegeben.

Das Tastverhältnis des Schalltransistors Ts 1 wird sowohl durch einen Regler für die Ausgangsspannung oder EMK bestimmt entsprechend der Regelabweichung als auch durch eine Störgrößenaufschaltung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung beeinflußt Der Regler übernimmt in diesem Falle nur noch eine Feinkorrektur des durch die Störgrößenaufschaltung grob eingestellten Tastverhältnisses. Dabei kann die Regelverstärkung klein gehalten werden, was die Stabilisierung des Regelkreises vereinfacht Jede Änderung der Eingangsspannung, ob nichtperiodisch oder periodisch, wirkt unverzögert auf das Tastverhältnis und damit stabilisierend auf die Ausgangssp&nnung. Bei Frequenzen bis zu einigen 100 Hz wird dadurch eine große Durchgangsdämpfung erzielt

Ein an den Ausgang des Sperrumrichters angeschlossener Regler RVund eine der Störgrößenaufschaltung dienende Rampenschaltung R sind an einen Schmitt-Trigger 5 angeschlossen. Ein Taktgenerator Tliefert die Taktspannung für eine Modulationsstufe M und die Rampenschaltung R. Die am Ausgang der Modulationsstufe erhaltenen breitenmodulierten Impulse werden über eine Treiberstufe L Van die Basis des Schalttransi stors Ts 1 geführt

Der Regler R V liefert eine von der Regelabweichung abhängige Bezugsgleichspannung U_v. Diese wird vom Schmitt-Trigger S mit einer in der Rampenschaltung R erzeugten Sägezahnspannung U₁₂ verglichen. Die Rampenschaltung besteht im wesentlichen aus einem Kondensator C_n an dem eine Sägezahnspannung gebildet wird und dem ein vom Taktgeber Tgesteuerter Schalttransistor Ts 2 mit seiner Kollektor-Emitterstrekke parallel geschaltet ist Der Kondensator C_r ist über einen Ladewiderstand R1 und über eine Konstantstromschaltung, gebildet von einem Transistor 7s 3, den Widerstünden A3, A4 und einer Zenerdiode ZD, an die Eingangsspannung des Sperrumrichters angeschlossen.

In jeder Arbeitsperiode steigt die Sägezahnspannung etwa von Null an. Die Anstiegsgeschwindigkeit ändert sich mit der Eingangsspannung U* Sind die Vergleichsspannungen U_v und die Sägezahnspannung U_a gleich groß, dann gibt der Schmitt-Trigger S ein Sperrsignal über die Modulationsstufe M und die Treiberstufe LV an den Schalttransistor Ts 1. Wird die Vergleichsspannung Uv in der Amplitude begrenzt, z. B. durch einen Spannungsteiler am Ausgang des Regel Verstärkers RV, dann wirkt die eingangsspannungsabhängige Rampenschaltung R auch bei fehlender Reglerwirkung als Begrenzer für das Tastverhältnis und damit für die Ausgangsspannung des Sperrumrichters. Die Begrenzung des Tastverhältnisses verhindert auch eine übermäßige !nduktionsbeanspruchung des Transformators Tr und seiner Sättigung, wenn der Regel verstärker z. B. beim Einschalten und bei plöf'icher Belastung des Sperrumrichters infolge vorübergehend zu kleiner Regelgröße ein zu hohes Tastverhältnis vorgeben wollte.

Die optimale Wirkung der Rampenschaltur.g R für Durchgangsdämpfung und Spannungsbegrenzung wird nur bei solcher Bemessung erreicht, daß die Sägezahnspannung in der zur jeweiligen Eingangsspannung U_c passenden Zeit 11 die Bezugsgleichspannung U_n die während der Periodendauer als konstant angesehen werden kann, erreicht Dazu wird beim Sperrumrichter der Kondensator Cr, der vor jeder Einschaltzeit durch den Schalttransistor Ts 2 entladen ist, von zwei Strömen geladen und zwar von einem konstanten Strom über den Transistor Ts 3 und von einem eingangsspannungsabhängigen Strom über den Widerstand R 1. Durch den zusätzlichen Konstantladestrom läßt sich eine exakte Kompensation des Einflusses insbesondere großer Eingangsspannungsschwankungen auf die Stabilisierung der Ausgangsspannung erreichen. Die Kondensatorspannung steigt nach einer Exponentialfunktion an. Durch geeignete Auslegung der Bauteile wird nur der nahezu lineare Teil der Exponentialfunktion ausgenutzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Fremdgesteuerter Sperrumrichter mit geregelter Ausgangsspannung, bei dem eine von einem Sollwert-Istwert-Vergleich abgeleitete Regelabweichung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse für das Schaltglied des Sperrumrichters liefert und bei dem eine eingangsspannungsabhängige Stabilisierung der Ausgangsspannung durch Störgrößenaufschaltung unter Verwendung einer durch Aufladung eines Kondensators erzeugten Sägezahnspannung erfolgt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein zusätzliches Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse liefert, wobei die Zeit vom Beginn des Sägezahnimpulses bis zum Erreichen des Wertes der Bezugsgleichspannung die Einschaltzeit des Schaltgliedes festlegt und der Kondensator von der Eingangsspannung des Sperrumrichters über einen Widerstand mit einem Ladestrom beaufschlagt ist, der der Emgangsspannung proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Steuereinrichtung des Schaltgliedes (Transistor Ti 1) für eine konstante Tastfrequenz der Kondensator (Cr) zusätzlich mit einem sich zu dem der Eingangsspannung (U_e) proportionalen Ladestrom summierenden konstanten Ladestrom beaufschlagt ist und die Bezugsgleichspannung (U,) von der Regelabweichung der Ausgangsspannung (U₁) abhängig gemacht ist

Die Erfindung bezieht sich auf :inen fremdgesteuerten Sperrumrichter mit geregelter Ausgangsspannung, bei dem eine von einem Sollwert-Istwert-Vergleich abgeleitete Regelabweichung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse für das Schaltglied des Sperrumrichters liefert und bei dem eine eingangsspannungsabhängige Stabilisierung der Ausgangsspannung durch Störgrößenaufschaltung unter Verwendung einer durch Aufladung eines Kondensators erzeugten Sägezahnspannung erfolgt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein zusätzliches Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse liefert, wobei die Zeit vom Beginn des Sägezahnimpulses bis zum Erreichen des Wertes der Bezugsgleichspannung die Einschaltzeit des Schaltgliedes festlegt und der Kondensator von der Eingangsspannung des Sperrumrichters über einen Widerstand mit einem Ladestrom beaufschlagt ist, der der Eingangsspannung proportional ist

Ein derartiger Sperrumrichter ist bereits bekannt (US-PS 35 90 361). Bei diesem Sperrumrichter wird zur Bestimmung der Einschaltzeit des Schaltgliedes in Abhängigkeit von der Störgrößenaufschaltung die Sägezahnspannung mit der als Bezugsgleichspannung verwendeten Basis-Emitterspannung eines Transistors des Taktgebers des Sperrumrichters verglichen. Der als Multivibrator ausgebildete Taktgeber verändert in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Sperrumrichters sein Tastverhältnis nur durch Ändern der Einschaltzeit. Die Ausschaltzeit wird unabhängig davon durch die Regelabweichung der Ausgangsspannung gesteuert. Änderungen der Eingangsspannung werden also hier durch Steuerung der Einschsltzeit des Schalttransistors in Verbindung mit einer Änderung der Schaltfrequenz unwirksam gemacht. Diese Schaltung erfordert wegen der variablen Arbeitsfrequenz des Schalttransistors einen erhöhten Aufwand für die ausgangsseitige Siebschaltung.

Es ist auch bereits ein allein durch eine eingangsspannungsabhängige Störgrößenaufschaltung gesteuerter Sperrumrichter bekannt, dessen Schalttransistor mit einer konstanten Tastfrequenz arbeitet (DE-OS 19 38 342). Es wird bei diesem Sperrumrichte. ebenfalls

ίο durch Aufladung eines Kondensators eine Sägezahnspannung erzeugt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse liefert, wobei die Zeit vom Beginn des Sägezahnimpulses bis zum Erreichen

!5 des Wertes der Bezugsgleichspannung die Einschaltdauer des Schaltgliedes festlegt Der Kondensator wird von der Eingangsspannung des Sperrumrichters über einen Widerstand mit einem Ladestrom beaufschlagt, der der Eingangsspannung proportional ist Diese Art der Störgrößenaufschaltung führt aber bei Sperrumrichtern mit konstanter Tastfrequenz zu keinem befriedigenden Ergebnis. Insbesondere bei größeren Änderungen der Eingangsspannung stellt sjch durch die Störgrößenaufschaltung eine erhebliche Oberkompensierung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Sperrumrichter der eingangs genannten Art mit einer für eine konstante Tastfrequenz ausgebildeten Steuereinrichtung des Schaltgliedes die Störgrößenaufschaltung so auszubilden, daß sie auch bei großen Eingangsspannungsschwankungen möglichst exakt arbeitet

Gemäß der Erfindung wird das dadurch ereicht, daß bei Ausbildung der Steuereinrichtung des Schaltgliedes für eine konstante Tastfrequenz der Kondensator zusätzlich mit einem sich zu dem der Eingangsspannung proportionalen Ladestrom summierenden konstanten Ladestrom beaufschlagt ist und und die Bezugsgleichspannung von der Regelabweichung der Ausgangsspannung abhängig gemacht ist.

Durch die DE-OS 19 61705 ist es bei einem geregelten Gegentaktumrichter, bei dem der Tastgrad der mit konstanter Tastfrequenz arbeitenden Schalttransistoren sowohl in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Ausgangsspannung als auch von einer eingangsspannungsabhängigen Störgrößenaufschaltung gesteuert wird und bei dem die Einschaltdauer der Schalttransistoren durch Vergleich einer Bezugsgleichspannung mit durch Ladung eines Kondensators erzeugten Sägez&hnimpulsen bestimmt wird, wobei der Ladestrom der Eingangsspannung des Umrichters proportional ist, an sich bekannt, die Bezugsgleichspannung von der Regelabweichung der Ausgangsspannung abhängig zu machen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispie-

les näher erläutert.

In der Figur ist die Grundschaltung eines fremdgesteuerten Eintakt-Sperrumrichters mit einer im Prinzip dargestellten Steuerschaltung wiedergegeben.

Die Grundschaltung des Eintakt-Sperrumrichters

besteht aus einem Speichertransformator Tr, einem primärseitigen Sehalttransistor Ts 1, einem sekundärseitigen Gleichrichter Grund den Speicherkondensatoren Ci, C2. Für den Betrieb eines solchen Sperrumrichters ist ein Taktgenerator vorgesehen, der in Verbindung mit einem Impulsbreitenmodulator breitenmodulierte Steuerimpulse für den Schalttransistor Ts I liefert. Während der Einschaltzeit 11 des Schalttransistors Ts 1 fließt Strom in den Speichertransformator Tr₁ dessen