DE2841569A1 - Schaltregler mit drosselspule - Google Patents
Schaltregler mit drosselspuleInfo
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Description
R. 4SS Ί
13.9.1978 Lr/Sm
13.9.1978 Lr/Sm
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.
0300-1/=/0364
- /2"'- R. U998
4 Lr/Sm
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 2 ein Ersatzschaltbild des Flußwandlers nach
Figur 1,
Figur 3 ein Schaubild für den zeitlichen Verlauf des
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 Stromess
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-Typs 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
UA abgenommen und einem in der Zeichnung nicht dargestellten Verbraucher zugeführt werden kann.
0300U/0364
R. U998
Lr / Sm
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-
Iu el X
schreitet.
Um die jeweilige Größe des Stromes I erfassen zu können,
ohne hierfür einen Shunt verwenden zu müssen, wird der Ohmsche Spannungsabfall UR 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
0300U/0364
- JK- R. 1*998
6 Lr/Sm
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 UD
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
03Ö0U/0364
R. ^998 ΙΊ Lr/Sm
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 Imax 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
../6 0300U/0364
- ff - R. 1*998
# Lr/Sm
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 + Ih 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 £=.
030014/0384
- /- R. 1+998
Ct Lr/Sm
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.
030014/038*
Claims (4)
- R. ^998
13.9.1978 Lr/SmROBERT BOSCH GMBH3 7OOO Stuttgart 1Ansprüche/ 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 (UR) geführt ist...1203Q0U/036A- 2 - R. 1+998Lr/Sm - 2. Schaltregler nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet daß der Ohmsche Spannungsabfall (UR) zur Regelung des Stromes (I ^-I) verwendet ist.IucLjC
- 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.Χwert zugeführt ist.030014/0364
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