DE2841569A1

DE2841569A1 - Schaltregler mit drosselspule

Info

Publication number: DE2841569A1
Application number: DE19782841569
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Kubach; Hartmann Ing Grad Rupp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-23
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1980-04-03
Also published as: GB2032148A; US4293812A; DE2841569C2

Description

R. 4SS Ί
13.9.1978 Lr/Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Schaltregler mit Drosselspule

Die Erfindung betrifft einen Schaltregler nach der Gattung des Hauptanspruchs. *

Der von einem solchen Schaltregler an einen Verbraucher gelieferte, die Drosselspule durchfließende Strom wird seither mit Hilfe eines Meßshunts erfaßt. Da hierfür beträchtliche Kosten aufzuwenden sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Strommessung zu schaffen, bei welcher kein Meßshunt erforderlich ist. Dies kann erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen erreicht werden.

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Die Erfindung ist nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher beschrieben,- welche in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen:

Figur 1 das elektrische Schaltbild eines Schaltreglers

des Typs Flußwandler₃
Figur 2 ein Ersatzschaltbild des Flußwandlers nach

Figur 1,
Figur 3 ein Schaubild für den zeitlichen Verlauf des

Spannungsabfalles an der Drossel des Flußwandlers nach Figur 1 und Figur 2, Figur 4 ein Schaubild des Verlaufes des durch die

Drossel fließenden Stromes_s Figur 5 das elektrische Schaltbild eines zweipulsigen

Tiefsetz-Schaltreglers und Figur 6 das elektrische Schaltbild eines anderen zweipulsigen Tiefsetz-Schaltreglers. - ■

Der als Flußwandler vorgesehene Schaltregler nach Figur 1 ist zum Betrieb an einer Gleichstromquelle, einer Sammlerbatterie 10 bestimmt und enthält einen Leistungstransistor 11 vom npn-Typ_s an dessen Emitter eine Freilaufdiode 12 und eine Drossel 13 mit fernomagnetischem Kern angeschlossen ist. Am Ausgang der Drossel 13, deren Induktivität L und deren Kupferwiderstand R in der Zeichnung schematisch angedeutet ist j liegt ein Kondensator Ik, an welchem die Ausgangsspannung U_A abgenommen und einem in der Zeichnung nicht dargestellten Verbraucher zugeführt werden kann.

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Durch periodisches Ein- und Ausschalten des Transistors 11 wird ein die Drossel 13 durchfließender, dem Verbraucher zuführbarer Strom I eingestellt, derart, daß die Ausgangsspannung U„ möglichst wenig von einem einstellbarem Sollwert U-,, abweicht, der Strom jedoch einen vorgegebenen Maximalwert I_,_„ nicht über-

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schreitet.

Um die jeweilige Größe des Stromes I erfassen zu können, ohne hierfür einen Shunt verwenden zu müssen, wird der Ohmsche Spannungsabfall U_R an der Drosselspule 13 gemessen und zum Zwecke der Regelung bzw. Begrenzung des Stromes I verwendet. Da bei Schaltreglern der durch die Drosselspule 13 fließende Strom I wie in Figur 4 angedeutet stets in der gleichen Richtung fließt und das Integral der Spannung an einer idealen Induktivität Null ist, wie in Figur 3 angedeutet, kann mittels eines Filters 15i welches an den Eingang und an den Ausgang der Drossel über eine Summierschaltung 16 angeschlossen ist, der Wechselspannungsanteil eliminiert und der dann verbleibende Ohmsche Spannungsabfall gemessen und einem Stromregler 17 zugeführt werden. Außerdem ist ein Spannungsregler 18 vorgesehen, an dessen Eingang 19 die Differenz zwischen dem Istwert der Ausgangsspannung U. und dem Sollwert der Vergleichsspannuag U ,-, geführt ist. An den Ausgang des Stromreglers 17 und an den Ausgang des Spannungsreglers ist eine Auswahlschaltung 20 angeschlossen, welche als Oder-Glied ausgebildet ist und den jeweils kleineren der beiden 'Ausgangswerte der Regler 17 und 18 an einen Impulslängenmodulator 21 weitergibt. Dieser verändert in Abhängigkeit von dem von der Auswahlschaltung 20

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gelieferten Minimalwert das Tastverhältnis periodisch aufeinanderfolgender Steuerimpulse, welche über eine Treiberstufe 22 an die Steuerelektrode 23 des Transistors 11 gelangen und diesen abwechselnd in seinen stromleitenden und in seinen nichtleitenden Zustand bringen.

In Figur 3 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U_D wiedergegeben, welche infolge der Induktivität L der Drosselspule entsteht. Solange der Transistor 11 stromleitend ist, steigt der Strom i an, die zugehörige Spannungszeitfläche ist bei A₁ wiedergegeben, während die bei gesperrtem Transistor H₃ jedoch bei stromleitender Freilaufdiode 12 entstehende Spannungszeitfläche bei Α« wiedergegeben ist.

Das in Figur 5 wiedergegebene zweite Ausführungsbeispiel stellt einen zweipulsigen Tiefsetz-Schaltregler dar, welcher zwei Drosselspulen enthält, von welchen die mit 13 bezeichnete derjenigen nach Figur 1 entspricht, jedoch zusammen mit einer zweiten Drosselspule 33 auf einem gemeinsamen Eisenkern 3k sitzt. Die zweite Drosselspule 33 gehört zu einem zweiten Stromzweig, welcher in gleicher Weise wie der erste, den Transistor 11, die Freilaufdiode 12 und die erste Drosselspule 13 umfassende Stromzweig aufgebaut ist und einen zweiten Transistor 31 sowie die zweite Freilaufdiode 32 umfaßt. Die erste Drosselspule 13 wird

vom Strom I , die zweite Drosselspule 33 vom Zweiga

strom I, durchflossen. Die an den Eingängen der beiden Drosselspulen entstehenden Potentiale sind über Leitungen 35 und 36 einer Summierschaltung 37 zugeführt, welche die Differenz zwischen diesen beiden Potentialen

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polaritätsrichtig einem Tiefpaßfilter 15 der auch in Figur 1 verwendeten Art zuführt. Die Differenz aus den ohmschen Spannungsabfällen an den beiden Drosselwicklungen ist einem Differenzspannungsregler 38 zugeführt, welcher zusammen mit dem auch in Figur 1 vorgesehenen Spannungsregler 18 an einer Summierschaltung 39 liegt j welche einen zweiten Pulslängenmodulator 4l beeinflußt. Dieser arbeitet über eine Treiferstufe 42 auf den zweiten Transistor 31> welcher den Zweigstrom I, liefert. Infolge des Differenzspannungsreglers 38 wird beim dargestellten Schaltregler auf jeweils gleiche Spännungs-Zeit-Flächen an den beiden Drosselspulen geregelt, das heißt der zweite Zweigstrom Ib wird so eingestellt, daß er gleich groß ist wie der Strom Ia im ersten Stromzweig.

Als drittes Ausführungsbeispiel ist in Figur 6 das Schaltbild eines zweiten zweipulsigen Tiefsetz-Schalt-reglers dargestellt, bei welchem die an den beiden Drosselspulen 13 und 33 entstehenden Ohmschen Spannuhgsabfälle ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 zur Regelung auf gleiche Spannungs-Zeit-Fläche sowie außerdem zur Regelung des Gesamtstromes I auf einen unterhalb eines Maximalwertes I_max liegende» Wert benutzt werden.

Im einzelnen enthält der in Figur 6 dargestellte Schaltregler wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel die beiden von dem Transistor 11, der Freilaufdiode 12 und der Drosselspule 13 bzw. von dem Transistor 31, der Freilaufdiode 32 und der Drosselspule 33 gebildeten beiden Stromzweige. Für die

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genannte Stromregelung ist einer Summierschaltung 46 sowohl das Potential an den Eingängen der Drosselspulen 11 und 33 wie auch das Potential am Ausgang dieser beiden Drosselspulen zugeführt. Mit einem Tiefpaßfilter 45 wird der Wechselspannungsanteil eliminiert und der verbleibende Gleichstromanteil einer Summierschaltung 37 zugeführt, in welcher er mit einem Maximalstromwert I verglichen und von dort aus dem auch im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Stromregler 17 zugeführt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 wird in der Summierschaltung 37 die Differenz Λ I , = I - Ί.. und in der Summierschaltung 46 zusätzlich die Summe Σΐ-u = I + I_h der beiden Zweigströme Ia und I, gebildet.

Da die Stromdifferenz A I^ der Differenz aus den Spannungs (U)-Zeit (t)-Flächen der einzelnen Drosselzweige proportional ist, kann dieses Signal zur Regelung auf gleiche Spannungs-Zeit-Flächen herangezogen werden. Dies geschieht dadurch, daß man die aus'^ I , resultierende Spannung über den Differenzspannungsregler 38 die Pulslänge bzw. das Tastverhältnis der an den Steuerelektroden der Transistoren 11 und 31 wirksamen Steuerimpulse verändern läßt und somit zu Null regelt.

Die Stromsumme Σ I _b dient zur Regelung bzw. Begrenzung des Ausgangs stromes I £=.

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Infolge der Regelung auf gleiche Spannungs-Zeit-Plächen ist es nicht notwendig, in zweipulsigen Reglern die Halbleiter auf gleiche Flußspannungen zu prüfen und auszusuchen. Außerdem ist es nicht notwendig, einen Abgleich der beiden Zweige auf gleiche Schaltverzögerungen vorzusehen.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH₃ 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

/ 1. !Schaltregler zum Betrieb an einer Gleichstromquelle" mit wenigstens einem steuerbaren Halbleiter, mit einer Drosselspule, mit einer in Stromflußrxchtung vor der Drosselspule angeordneten Preilaufdiode und einem hinter der Drosselspule angeordneten, zu einem Verbraucher parallelen Kondensator, sowie mit einem an die Steuerelektrode des Halbleiters angeschlossenen Pulslängenmodulator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (17) vorgesehen ist, an dessen Eingang über ein Tiefpaßfilter (17) der an der Drosselspule (13) entstehende Ohmsche Spannungsabfall (U_R) geführt ist.

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2. Schaltregler nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet daß der Ohmsche Spannungsabfall (U_R) zur Regelung des Stromes (I ^-I) verwendet ist.

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3. Zweipulsiger Schaltregler nach Anspruch 1, mit zwei Drosselspulen, die auf einem gemeinsamen Eisenkern sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall an beiden Spulen (13, 43) über ein Tiefpaß-Filter (15) einem Differenzspannungsregler (38) zur Erzielung gleicher Spannungs-Zeitflachen (A.., Ap) an den Drosselspulen zugeführt ist„
4. Schaltregler nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Tiefpaß-Filter (45) vorgesehen ist j dem über eine zweite Summierschaltung (46) sowohl die Differenz als auch die Summe der an den beiden Drosselspulen (13 ■> 33) entstehenden Spannungen zugeführt sind, und daß ein Stromregler (17) vorgesehen ist, an dessen Eingang der zweite Filter (45) und eine dem zulässigen Maximalstrom (I „) entsprechender Spannungs-

ΙΠα.Χ

wert zugeführt ist.

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