DE2902251A1

DE2902251A1 - Impulsbreitengeregelter gegentakt- gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2902251A1
Application number: DE19792902251
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Pivit
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-01-20
Filing date: 1979-01-20
Publication date: 1980-07-24

Description

Irpulsbreitengeregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler
Lßle Erfindung betrifft einen impulsbreitengeregelten Gegentakt-Sleichspannungswandler mit Transformator, dessen Durchflutungsrichtung sich aufgrund abwechselnd schließender Schalter mit der Taktfrequenz ändert.
Zur Erzeugung von sehr hohen Spannungen, wie sie beispielsweise für den getrieb von Wanderfeldröhren benötigt werden, werden zumeist impulsbreitengeregelte Sperr- oder Durchflußwandler mit iotentialtrennenden Transformatoren zur Anpassung der Eingangsan die Ausgangsspannung eingesetzt. Da Eintaktwandler die Verwendung einer opannungsvervielfacherschaltung auf der Sekundärseite des Transformators nicht ermöglichen, muß der Transformator für die volle Ausgangsspannung dimensioniert werden, was jedoch zu großen technologischen Schwierigkeiten bei der (Wechsel-) Spannungsisolation führt. Um diesen Schwierigkeiten zu entgehen, wird meistens die Serienschaltung eines Eintaktwandlers, der aus der ungeregelten Eingangsgleichspannung eine geregelte Zwischengleichspannung erzeugt, und eines nachfolgenden Rechteckgegentaktzerhackers, an den eine Vervielfacherschaltung angeschlossen ist, verwendet.
nachteilig bei dieser Schaltung ist, daß der Gesamtwirkungsgrad aufgrund der multiplikativen Verknüpfung der Einzelwirkungsgrad schlechter als der schlechteste Einzelwirkungsgrad ist.
Iir erfindung führte deshalb die Aufgabe, einen Wandler anzuge-Den, der die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist, der zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades nur aus einer einzigen Wandlerstufe bestehen sollte, an die zur Vermeidung der Isolationsschwierigkeiten eine Spannungsvervielfacherschaltung anschaltbar sein sollte, und wobei diese Wandlerstufe zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades nur sehr wenig Verluste aufweisen sollte und dabei mit geringem Schaltungsaufwand realisierbar sein sollte.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt durch einen in den Ansprüchen näher gekennzeichneten impulsbreitengeregelten Gegentakt-Gleichspannungswandler mit Transformator.
Aufgrund des Aufsatzes "The Venable Konverter" von R. Hayner, T.K. Phelps, J.A. Collins und R.D. Xiddlebrook in PESC 76 Record (IEEE) ist zwar ein impulsbreitenregelbarer Gegentaktdurchflußwandler bekannt geworden, bei dem die Primärwicklung eines Transformators eine Mittenanzapfung und weitere zwei dazu symmetrische Anzapfungen und die in Reihe zu einer Gleichspannung geschaltete Drossel ebenfalls eine Anzapfung enthalten.
Mit illfe von vier Schaltern, von denen jeweils nur einer zu einer Zeit schaltet, wird nun abwechselnd ein Ende der Primärwicklung über eine in Reihe geschaltete Diode an das eine Ende der Drossel bzw. die diesem Ende benachbarte Anzapfung der Primärwicklung an die Drosselanzapfung angeschaltet. Die Schaltung ist damit Jedoch aufwendig, und die Verlustleistung kann bei rohen Drosselströmen in der Diode sehr große Werte annehmen.
Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die Fig. 4 stellt ein Zeitdiagramm dar, in dem die Schalterschließzeiten eingetragen sind.
In Fig. 1 ist ein Gegentakt-Gleichspannungswandler mit potentialtrennenem Transformator Tr dargestellt, auf dessen Sekundärseite ein Spannungsvervfelfacher SVV mit Vervielfachungsgrad .; = U1"/ti1' = 4 angesehlossen ist. Die Primärwicklung des Transformators weist eine Xlttenanzapfung auf, an die der eine Pol der Eingangsgleichspannungsquelle bo angeschlossen ist, und ist mit ihren beiden Enden jeweils über einen Schalter S1, S2 an das eine Ende einer Drossel L anschaltbar, die mit ihrem anderen Ende wiederum mit dem anderen Pol der Eingangsgleichspannungsquelle Uo verbunden ist. Der Transformator übersetzt die an der Primärwicklung Wi anliegende Spannung U1 mit dem Verhältnis W2/W1.
Ublicherweise werden bei einem Rechteckzerhacker die Schalter S1 und 52 abwechselnd bis zur Hälfte T einer Taktzeit lang geschlossen. liierbei läßt sich die Ausgangsspannung Ul kaum regeln. Werden jedoch erfindungs,5emäß die beiden Schalter S1 und S2 über die Hälfte T einer Taktzeit lang, d.h. überlappend gleichzeitig geschlossen, so läßt sich die Ausgangsspannung U1 nach der Beziehung Ul = Uo . T/(T-Tü) > Uo regeln, wobei die Überlappungszeit Tü = T12 = T21 (Fig. 4) ist. Die zwischen Eingangsgleichspannungsquelle Uo und Transformator Tr eingefügte Drossel L verhindert wähnend der Uberlappungszeiten den Kurzschluß von Transformator bzw. Eingangsgleichspannungsquelle und auch eine eventuelle Zerstörung der Schalter aufgrund zu hoher Kurzschlußströme. Dabei muß die Drossel einen Induktivitätswert L aufweisen, der der Bedingung R . T/2L c U13/Uo2 . (U1-bo) genügt, die sich aus cer Forderung, daß der Drosselstrom nicht unter Null sinken darf, ergibt und wobei R die auf die Primärseite übersetzte Vielfacherlast "R" ist.
Die Fig. 2 zeigt einen Gleichspannungs-Gegentaktwandler ähnlich der Fig. 1, wobei jedoch der Transformator Tr streuend gewickelt ist, so daJb die dadurch entstehende Streuinduktivität die Funktion der Drossel L übernehmen kann. Als Schalter S1, S2 sind bipolare Transistoren vorgesehen, die jeweils über Transformatoren ansteuerbar sind. An den Klemmen A, B der Sekundärwicklung W2 des Transformators kann beispielsweise ein Spannugsvervixlfaeher nach der Fig. 1 angeschlossen werden.
In der rig. 3 ist ein Gegentakt-Gleichspannungswandler in Brükkenschaltung mit den vier Schaltern S1, 52, 53, S4 dargestellt.
Auch dieser Gegentakt-Gleichspannungswandler läßt sich danri regeln, wenn eine Drossel L in Reihe zur Gleichspannungsquelle Uo eingefügt wird und die Schalter während einer überlappungszeit * gleichzeitig geschlossen sind. Als erfinderische Variante ist hierbei eine Drossel L mit zwei gleichen gleichsinnig gewickelten Wicklungen vorgesehen, wobei am gemeinsamen Wicklungsende der eine Pol der cingangsgleichspannungsquelle UQ angeschlossen ist und die beiden Drosselwicklungen jeweils mit einem Schalter S1, S2 die beiden angre;zenden Drückenzweige bilden. Vorteilhaft ist bei dieser Schaltung, daß die Ströme durch die Schalter S1 und S2 während der Überlappungszeit sich gleichmäßig aufteilen.
Das Zeitdiagramm in Fig. 4 zeigt schließlich die Schließfolge derbSchalter S1 und S2 bzw. der Schalter S1, S3 und S2, S4 mit den Überlappungszeiten T21 bzw. T12 aufgetragen über der Zeit t.
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Claims

Impulsbreitengeregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler P a t e n t a n s p r ü c h e Impulsbreitengeregelter Gcgentakt-Gleichspannungswandler mit Transformator, dessen Durchflutungsrichtung sich aufgrund abwechselnd schließender Schalter mit der Taktfrequenz ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (Gleieh-) Spannungsquelle (Uo) über mindestens eine in Reihe geschaltete Drossel (L) an die Primärwicklung (W1) des Transformators (Tr) legenden Schalter (S1, S2) während bestimmter Takt-Teilzeiten (T12, T21) gleichzeitig schließbar sind.
2. Impulsbreitengeregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Takt-Teilzeiten (T12, T21) so in der Dauer bestimmbar sind, daß die an der Sekundärwicklung (W2) des Transformators (Tr) anstehende Ausgangsspannung (U1') konstanten Wert erreicht.
3. Impulsbreitengeregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen an der Sekundärwicklung (W2) des Transformators (Tr) angeschlossenen Spannungsvervielfacher (SVV).
4. Irnpulsbreitengeregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler, insbesondere in Brückenschaltung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe zur tGleich-) Spannungsquelle (Uo) geschaltete Drossel (L) zwei gleiche gleichsinnig gewickelte Wicklungen aufweist, deren gemeinsames Ende mit dem einen Pol der opannungsquelle (Uo) verbunden ist und die jeweils mit einer Wicklung in den beiden angrenzenden Brückenzweigen liegt.
5. Gegentakt-Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe zur Gleichspannungsquelle geschaltete Drossel durch die Streuwicklung des transformators (Tr) gebildet wird.
6. , Impulsbreitengeregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Halbleiter, wie bipolare, Feldeffekt-Transistoren, Thyristoren oder Gleichrichter als Schalter.