DE2624566C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstschwin­ genden Transistor-Gleichspannungswandler.

Die Erfindung geht aus von einem bekannten Transistor-Gleichspannungswandler, wie er in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht ist. Ein funktionell vergleichbarer Wandler ist aus der US-PS 34 17 313 bekannt.

Dieser selbstschwingende Transistor-Gleichspan­ nungswandler ist ausgestattet

• - mit einem Leistungstransformator (40) mit nach­ geschaltetem Ausgangsgleichrichter (4) und Fil­ ter (5),
• - mit einem sättigbaren Steuertransformator (30) mit zwei Steuerwicklungen (31, 32) für die An­ steuerung der Transistoren (21, 22),
• - wobei eine Spannungsrückkopplung (43, 3, 34) zwi­ schen Leistungs- (40) und Steuertransformator (30) vorgesehen ist,
• - mit einer Stromrückkopplung, die eine in Reihe zur Primärwicklung (41) des Leistungstransfor­ mators (40) liegende Wicklung (33) des Steuer­ transformators (30) aufweist.

Wenn bei dem beschriebenen bekannten Transistor- Gleichspannungswandler die Transistoren 21 und 22 abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, wird der Primärwicklung 41 des Leistungstransformators 40 ein Wechselstrom zugeführt und an den Ausgangs­ anschlüssen 6 eine Gleichspannung abgegeben. Dabei fließt der durch die Primärwicklung 41 des Lei­ stungstransformators 40 fließende Wechselstrom auch durch die Wicklung 33 des Steuertransforma­ tors 30 und bewirkt eine Stromrückkopplung. Ein in der Wicklung 43 induzierter Wechselstrom wird der Wicklung 34 des Steuertransformators 30 zu­ geführt und bewirkt eine Spannungsrückkopplung zwischen dem Leistungstransformator 40 und dem Steuertransformator 30.

Wird bei diesem bekannten Transistor-Gleichspan­ nungswandler die Schwingungsfrequenz hoch gewählt, so kann der Leistungstransformator 40 kompakt und leicht ausgebildet werden.

Die Schwingungsfrequenz f dieses Transistor-Gleich­ spannungswandlers läßt sich wie folgt ausdrücken:

wobei V _BE die Basis-Emitter-Spannung der Transisto­ ren 21 und 22, S die Querschnittsfläche des Kerns 35 des Transformators 30, Ni die Windungsanzahl der Wicklungen 31 und 32 und Bs die Sättigungsflußdichte des Kerns 35 des Transformators 30 ist.

Wird die Schwingungsfrequenz f = 20 kHz gewählt, so wird, da V _BE = 0,6 V und Bs = 3000, wenn die Querschnittsfläche S in einem möglichen Bereich liegt, die Windungszahl Ni der Wicklungen 31 und 32 in der Größenordnung von 3.

Die Windungszahl Nc der Stromrückkopplungswick­ lung 33 des Transformators 30 muß so gewählt wer­ den, daß sie die folgende Gleichung erfüllt:

Nc = Ni/h _fe (2)

wobei h _fe der Stromverstärkungsfaktor der Tran­ sistoren 21 und 22 ist.

Da der Faktor h _fe der Transistoren 21 und 22 etwa 10 ist, wird die Windungszahl Nc der Wicklung 33 des Transformators 30 gleich 0,3.

Da es jedoch nicht möglich ist, die Wicklung 33 mit einer Windungszahl von 0,3 zu wickeln, wird die Wicklung 33 mit einem ganzzahligen Vielfachen von Windungen gewickelt. Enthält die Wicklung 33 mehr Windungen als die erforderliche Windungs­ zahl von 0,3, so wird der Anteil der Stromrück­ kopplung über die Wicklung 33 zu groß, so daß der Basisstrom der Transistoren 21, 22 ebenfalls zu groß wird. Damit werden die Schalteigenschaf­ ten der Transistoren 21 und 22 verschlechtert. Werden die Transistoren 21, 22 beide gleichzei­ tig eingeschaltet, so ergibt dies einen Leistungs­ verlust. Ist der Basisstrom der Transistoren 21, 22 groß, so wird auch ihre Basis-Emitter-Spannung V _BE groß, was zu einer Erhöhung der Schwingungs­ frequenz f führt, wie sich aus Gleichung (1) er­ gibt.

Mit den gleichen, vorstehend beschriebenen Nach­ teilen ist ferner auch der aus der US-PS 34 66 570 bekannte Transistor-Gleichspannungswandler behaf­ tet, der als Gegentaktwandler arbeitet.

Durch die US-PS 34 93 95 ist schließlich ein Wand­ ler bekannt, der zur Stromrückkopplung einen Os­ zillator enthält, der einen Stromimpuls zur ra­ schen Schaltung der Transistoren erzeugt.

Ausgehend von dem an Hand von Fig. 1 beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schalteigenschaften der Transistoren zu verbessern und ihre Verluste zu verringern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in Reihe zur Primärwicklung des Leistungstransformators lie­ gende Wicklung die Primärwicklung eines Stromrück­ kopplungstransformators ist, dessen Sekundärwick­ lung mit der Stromrückkopplungswicklung des Steuer­ transformators verbunden ist, wobei gilt

mit

N _c = Windungszahl der Stromrückkopplungswicklung 33 des Steuertransformators 30, Ni = Windungszahl der Steuerwicklungen 31, 32 Nb = Windungszahl der Sekundärwicklung 52 des Stromrückkopplungstransformators 50, Na = Windungszahl der Primärwicklung 51 des Strom­ rückkopplungstransformators 50, h _fe = Windungszahl des Stromverstärkungsfaktors der Transistoren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 veranschaulicht; für gleiche Bauteile sind dabei dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Der in Fig. 2 veranschaulichte selbstschwingende Transistor-Gleichspannungswandler enthält einen Stromrückkopplungstransformator 50, über den der in der Primärwicklung 41 des Leistungstransforma­ tors 40 fließende Wechselstrom der Stromrückkopp­ lungswicklung 33 des Steuertransformators 30 zu­ geführt wird. Die Primärwicklung 51 des Transfor­ mators 50 ist somit zwischen die Primärwicklung 41 des Leistungstransformators 40 und den Verbin­ dungspunkt der Transistoren 21 und 22 geschaltet. Die Sekundärwicklung 52 des Transformators 50 ist mit der Stromrückkopplungswicklung 33 des Steuer­ transformators 30 verbunden.

Bezeichnet man die Windungszahl der Primärwick­ lung 51 des Transformators 50 mit Na und die Win­ dungszahl der Sekundärwicklung 52 mit Nb, so läßt sich die obige Gleichung 2 wie folgt ausdrücken:

Wird das Verhältnis Nb/Na geeignet gewählt, so kann verhindert werden, daß der Anteil des durch die Stromrückkopplungswicklung 33 des Steuertrans­ formators 30 fließenden Stromes selbst dann zu groß wird, wenn die Windungszahl Nc der Wicklung 33 eine ganze Zahl ist. Wenn z. B. die Werte von V _BE , Bs in der zuvor erwähnten Weise gewählt wer­ den, kann die Gleichung (3) durch Wahl von Na = 1 und Nb = 3 erfüllt werden, selbst wenn Nc = 1. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß der Stromrückkopplungsanteil zu groß wird.

Durch die so gewährleistete richtige Stromrückkopp­ lung wird vermieden, daß der Basisstrom der Tran­ sistoren 21 und 22 zu groß wird und die Schalt­ eigenschaften der Transistoren verschlechtert wer­ den. Es besteht daher keine Gefahr, daß ein Lei­ stungsverlust eintritt und die Schwingungsfrequenz f geändert wird. Da der erforderliche Transforma­ tor 50 einen einfachen Aufbau besitzt, läßt sich der erfindungsgemäße selbstschwingende Transistor- Gleichspannungswandler mit geringen Kosten und nied­ rigem Gewicht herstellen.

Claims (1)

1. Selbstschwingender Transistor-Gleichspannungswandler in Halbbrückenschaltung

   • - mit einem Leistungstransformator (40) mit nachge­ schaltetem Ausgangsgleichrichter (4) und Filter (5),
   • - mit einem sättigbaren Steuertransformator (30) mit zwei Steuerwicklungen (31, 32) für die Ansteuerung der Transistoren (21, 22),
   • - wobei eine Spannungsrückkopplung (43, 3, 34) zwischen Leistungs- (40) und Steuertransformator (30) vorgesehen ist,
   • - mit einer Stromrückkopplung, die eine in Reihe zur Primärwicklung (41) des Leistungstransformators (40) liegende Wicklung (51) aufweist, die die Primärwicklung eines Stromrückkopplungstransformators (50) ist, dessen Sekundärwicklung (52) mit einer Stromrückkopplungs­ wicklung (33) des Steuertransformators (30) verbunden ist,
   • wobei die folgende Beziehung gilt: mitN _c = Windungszahl der Stromrückkopplungswicklung (33) des Steuertransformators (30)N _i = Windungszahl der Steuerwicklungen (31, 32)N _b = Windungszahl der Sekundärwicklung (52) des Strom­ rückkopplungstransformators (50)N _a = Windungszahl der Primärwicklung (51) des Stromrückkopplungstransformators (50)h _fe = Stromverstärkungsfaktor der Transistoren.