DE2603196C3

DE2603196C3 - Fremdgesteuerter Transistor-Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2603196C3
Application number: DE19762603196
Authority: DE
Inventors: Robert 8031 Stockdorf Nicolaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1976-01-28
Publication date: 1978-11-02
Also published as: DE2603196A1; DE2603196B2

Description

maximal zulässigen Kollektor-Spitzenstromes verringert. Außer den periodischen Abschaltsignalen, die mittels Optokoppler Ok auf den Regelumsetzer übertragen werden, liegt an seinem Eingang die Meßgröße der Strombegrenzungsschaltung Stb und die frequenzkonstante Taktspannung des Taktgebers T. An den Ausgang des Regelumsetzers sind die Einschaltstufe fund der Sperrimpulsformer 5p angeschlossen, die mit Hilfe der als Energiespeicher dienenden Kondensatoren C3, CA Steuerimpulse für den Stelltransistor Ts erzeugen.

Der Schwellenschalter bildet die Abschaltsignale in einem Spannungskomparator in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers, wobei in die Signalbildung zusätzlich die Störgröße »Eingangsspannung« und die Störtendenz »Laststrom« Eingang finden. Die mit der Eingangsspannung Ui wachsende Steilheit der ansteigenden Flanke der Spannung an der Speicherdrossel Drund die gleichzeitige Messung von Ladestromschwankungen des Kondensators CS bei Laststößen führen dem Spannungskomparator ohne zusätzlichen Schaltungsaufvvand zwei Störtendenzineßwerte zu und verbessern dumit sein dynamisches Verhalten. Dazu wird dem Istwert der Ausgangsspannung eine aus dem Leistungsteil des Spannungswandlers abgeleitete periodische Meßspannung phasenrichtig überlagert. Die Meßspannung wird an einem Meßwiderstand R 1 gewonnen, der mit dem Kondensator C5 des LC-Siebes am Ausgang des Gleichspannungswandlers in Reihe geschaltet ist. so Während der Einschaltdauer des Stelltransistors Ts ist in der Meßspannung ein annähernd lineares Abbild des Anstieges seines Kollektorstromes enthalten. Die Summenspannung, gebildet von der Meßspannung und einer der Istwertspannung proportionalen Spannung wird in einem Spannungsteiler R 2, R 3, R 4 gewonnen und über einen Widerstand RS dem Meßeingang des Spannungskomparators K zugeführt. Dieser vergleicht die Meßspannung mit dem Sollwert U_rcr und gibt bei Gleichheit der Spannungswerte ein Schalisigna! zur Sperrung des Stelhransistors an den optoelektronischen Koppler Ok.

Wegen der Kleinheit der Spannung am Meßwiderstand R 1 muß die zum Regler führende Leitung gegen Störspannungseinkopplung geschützt sein. Der Meßwiderstand selbst ist möglichst breitbandig und phasenrein auszuführen.

Bei dieser Schaltung ist ebenso wie bei dem eingangs genannten bekannten Gleichspannungswandler ein besonderer Generator zur Erzeugung einer dreieckförmigen Spannung nicht erforderlich. Der Anstieg des Kollektorstromes ist nach der galvanischen Trennung durch den Transformator Tr im Leistungsteil im Wechselstromanteil der Speicherdrossel Dr enthalten und wird über den praktisch für diesen Anteil einen Kurzschluß darstellenden Kondensator CS am Widerstand R 1 gemessen. Nach Absiebung hochfrequenter Störspannungsreste durch das RC-Glied R 2, Cl gelangt die Spannung an den Meßeingang des Spannungskomparators K, der als ^wellenschalter arbeitet. Sein Ausgangsstrom steuert aen optoelektronischen Koppler Ok in der Regel impulsweise bei Laststößen, jedoch vorübergehend auch stetig an. Entlastung des Umrichters, um ein Ausreißen aus dem Regelbereich zu verhindern, wie es bei nur impulsweiser Übertragung des Abschaltsignals zwangsläufig erfolgte, wenn die Ausgangsspannung über der Schaltschwelle bliebe. Dann könnte beim nächsten Takt kein Sperrsignal mehr ausgelöst werden, weil die notwendige vorhergehende Rückschaltung in den Bereitschaftszustand nicht erfolgt. Der Regelumsetzer würde danach stets den maximalen Tastgrad einstellen.

Zur Verkürzung der Signallaufzeit im optoelektronischen Koppler is·, eine kurze aber sehr kräftige Impulsansteuerung über den Widerstand R6 und den Kondensator C8 vorgesehen. Die Stromversorgung der Regelschaltung mit dem Spannungskomparator erfolgt aus der geregelten Ausgangsspannung U 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

Fremdgesteuerter Transistor-Gleichspannungswandler nach dem Durchflußwandlerprinzip mit einem impulsbreitengesteuertem Stelltransistor und einem zwischen der ausgangssejtigen Gleichrichterschaltung und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers geschalteten LC-Siebglied, ferner mit einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung unter Verwendung einer Fühleinrichtung mit einem niederohmigen ohmschen Meßwiderstand zur Erzeugung einer periodischen Meßspannung, die dem Augenblicksverlauf des Wechselstromanteils der hinter dem Stelltransistor erhaltenen Gleichstromimpulse proportional ist und die in Reihe mit der Ausgangsspannung eine Summenspannung bildet, welche unmittelbar mit einer weiteren Spannung mittels eines Spannungskomparators verglichen wird, von dem Schaltsignale zur Sperrung des Stelltransistors jeweils in den Zeitpunkten, wenn die vorgenannte Summenspannung die vorgenannte weitere Spannung übersteigt, abgeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannte weitere Spannung eine konstante Sollwertspannung ist und daß der niederohmige ohmsche Meßwiderstand mit dem Kondensator (CS) des LC-Siebgliedes im Querzweig in Reihe geschaltet ist.

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Die Erfindung rezieht sich auf einen fremdgesteuerten Transistor-Gleichspannungswandler nach dem Durchflußwandlerprinzip mit einem impulsbreitengesteuerten Stelltransistor und einem zwischen der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers geschalteten LC-Siebglied, ferner mit einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung unter Verwendung einer Fühleinrichtung mit einem niederohmigen ohmschen Meßwiderstand zur Erzeugung einer periodischen Meßspannung, die dem Augenblicksverlauf des Wechselstromanteils der hinter dem Stelltransistor erhaltenen Gleichstromimpulse proportional ist und die in Reihe mit der Ausgangsspannung eine Summenspannung bildet, welche unmittelbar mit einer weiteren Spannung mittels eines Spannungskomparators verglichen wird, von dem Schaltsignale zur Sperrung des Stelltransistors jeweils in den Zeitpunkten, wenn die vorgenannte Summenspannung die vorgenannte weitere Spannung übersteigt, abgeleitet sind.

Ein derartiger Gleichspannungswandler, der nicht nur die von Laststromänderungen herrührenden Schwankungen der Ausgangsgleichspannung ausregelt, sondern bei dem auch eine Störgrößenaufschaltung der Eingangsspannung wirksam ist, ist bereits bekannt (DE-OS 22 26 089). Bei dem bekannten Gleichspannungswandler ist der Betrag der weiteren Spannung, mit der die Summenspannung verglichen wird, von einem Regelabweichungssignal abhängig, das durch Vergleich der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers mit einer Sollgleichspannung über einen Transistor gewonnen wird. Die Fühleinrichtung besteht aus einer parallel zur Drossel im Längszweig des LC-Siebgliedes geschalteten, den Spannungsabfall an der vorgenannten Drossel integrierenden Reihenschaltung aus einer weiteren Drossel und dem niederohmigen Meßwiderstand.

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55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Steuerschaltung zur Erzeugung zeitrichtiger periodischer Abschaltsignale für den Stelltransistor in einem Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art zu verringern und gleichzeitig das dynamische Verhalten des Gleichspannungswandlers zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die vorgenannte weitere Spannung eine konstante Sollwertspannung ist und daß der niederohmige ohmsche Meßwiderstand mit dem Kondensator des LC-Siebgliedes im Querzweig in Reihe geschaltet isL

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung bestehen darin, daß der Aufwand für die Bildung der vorgenannten weiteren Spannung wegen des Fehlens einer Einrichtung zur Bildung eines Regelabweichungssignals geringer als bei dem bekannten Gleichspannungswandler ist und daß ohne zusätzlichen Aufwand auch ein Kriterium für die Störtendenz »Laststrom« erfaßt wird, wenn Laststromänderungen bis auf die Fühleinrichtung zur Meßwerterfassung durchgreifen. Diese periodische Steuerspannung wird dem Istwert der Ausgangsspannung phasenrichtig überlagert.

Die Erfindung wird anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der in der Schaltung im Prinzip- dargestellte Gleichspannungswandler ist ein fremdgesteuerter Durchflußwandler mit galvanisch getrenntem Ein- und Ausgang, dessen Impulsübertrager im Steuerkreis des Stelltransistors als Stromwandler zur Rückkopplungssteuerung ausgebildet ist.

Eine Gleichspannung Ui wird mittels eines periodisch gesteuerten Stelltransistors Ts mit einem Steuerimpulsübertrager Ü, einem Transformator Tr und einer Gleichrichtersiebschaltung DI, D2, Dr, C5 in eine Gleichspannung U2 umgesetzt. Der Stelltransistor Ts wird vom Steuerimpulsübertrager in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und vom Kollektorstrom gesteuert. Die galvanische Trennung "on Eingang und Ausgang erfolgt durch den Transformator Tr im Leistungsteil und den optoelektronischen Koppler Ok im Steuerteil.

Der Steuerteil besteht aus einem Schwellenschalter 5, dessen Eingang bzw. Ausgang zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers und dem optoelektronischen Koppler liegt, einer Strombegrenzungsschaltung Stb, einem Regelumsetzer RgU, einem Taktgeber T, einer Einschaltstufe fund einem Sperrimpulsformer Sp sowie einer Hilfsschaltung Sta zur Stabilisierung der Hilfsspannung für die Steuerimpulserzeugung.

Der Stelltransistor des Gleichspannungswandlers wi'd wie ein bistabiler Schalter gesteuert. Über eine Steuerwicklung des Steuerimpulsübertragers 0 wird die leitende Phase des Stelltransistors Ts durch kurze Impulse eingeleitet und bleibt dann bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Impulses bestehen. Der über eine Primärwicklung des Übertragers Ü an den Steuerkreis des Stelltransistors rückgekoppelte Strom hält den leitenden Zustand bis zur Sperrung aufrecht. Der Taktgeber Tbestimmt die Folgefrequenz, der Regelumsetzer den maximalen Taslgrad der Steuerimpulse. Nach Bedarf wird der Tastgrad entweder vom Schwellenschaltcr in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U2, der Störgröße »Eingangsspannung« und ggf. von der Störtendenz »Laststrom« oder mittels eines Stromwandlers Wund der Slrombegrcnzungsschaltung Stb zur Strombegrenzung bei Überschreitung eines