DE3010784A1

DE3010784A1 - Schaltungsanordnung zum steuern eines nach dem zerhackerprinzip arbeitenden transistors

Info

Publication number: DE3010784A1
Application number: DE19803010784
Authority: DE
Inventors: Umberto Meroni
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1979-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1980-10-02
Also published as: FR2452137A2; AR220824A1; IT1202906B; US4350948A; IT7921130A0; GR66665B; GB2050652A; BR8001602A

Description

(DB 425)

Ital.Anm.Nr. 21 130 A/79 10747/H/Ro.

vom 20. März 1979

Societä Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a.
Piazzale Zavattari 12, Mailand/Italien

Schaltungsanordnung zum Steuern eines nach dem Zerhackerprinzip arbeitenden Transistors.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nach dem Zerhackerprinzip arbeitende Spannungs- und/oder Stromregler für Gleichstromversorgungsgeräte enthalten bekanntlich (vgl. ETZ-B Bd.23, 1971, H.3, S.47-49) im wesentlichen einen als Schalter arbeitenden Transistor, der die Speisegleichspannung zerhackt, einen Steuerkreis, der Steuerimpulse für den Schalter mit einem von den Abweichungen der zu regelnden Größe (Strom, Spannung) abhängigen Verhältnis zwischen Impulsdauer und Impulsperiode (Tastverhältnis) erzeugt, ein LC-Filter zur Glättung der zerhackten Spannung sowie eine dem LC-Filter vorgeschaltete Diode, die in der Spule während der Öffnungsintervalle des Schalters einen Strom fließen läßt.

Nach einer aus der DE-OS 22 12 565 bekannten Regelschaltung dieser Art wird der den Zerhacker darstellende Transistor an der Basis durch die parallel zu den Adern der zu speisenden Leitung liegende Reihenschaltung aus einem Stromgenerator und einen elektronischen Schalter gesteuert, in der

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ein Leistungsverlust auftritt, der in manchen Fällen nicht in Kauf genommen werden kann. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann auf, wenn die zu zerhackende Spannung einen Wert von einigen hundert Volt aufweist. Wenn man diese Spannung mit dem Strom des genannten Generators multipliziert, erhält man eine Verlustleistung von einigen Watt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung insbesondere der aus der DE-OS 22 12 565 bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich ein wesentlich geringerer Leistungsverlust ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst.

Durch die galvanische Trennung wird verhindert, daß die zu zerhackende Spannung in dem elektrischen Parallelzweig einen Strom hervorruft. Erfindungsgemäß wird in diesem Zweig nur ein Strom vom Hilfsspannungsgenerator hervorgerufen, dessen Ausgangsspannung beispielsweise 10 Volt betragen kann, so daß bei gleichem Stromwert die Verlustleistung viel kleiner ist als im bekannten Fall.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der bekannten Anordnung gemäß Fig. 2a der DE-OS 22 12 565;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der hier beschriebenen Schaltungsanordnung.

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In Fig. 1 ist die Eingangsspannung V. eine Speisegleichspannung, die durch einen Transistor Ts- zerhackt wird, und zwar mit einem Tastverhältnis (Schließ/Öffnungs-Verhältnis), das durch ein Steuersignal V eines (nichtdargestellten) Steuerkreises bestimmt wird. Das mit diesem Tastverhältnis erzeugte Steuersignal V_c schließt einen elektronischen Schalter Ct₁, welcher einen Stromgenerator I- mit der Basis des Transistors Ts₁ verbindet. Dem Transistor Ts- ist ein Filter nachgeschaltet, das aus der Induktivität L und dem Kondensator C besteht und das Ausgangssignal, d.in die Ausgangsspannung V_u aus der zerhackten Spannung ausfiltert. Die Diode D ermöglicht eine Erhöhung der Ladung des Kondensators C während der Sperrzeiten des Transistors Ts₁, da die von der Induktivität L während der Sättigungszeiten des Transistors gespeicherte Energie zurückgewonnen wird. Damit sich der Transistor Ts- annähernd wie ein idealer Schalter verhält, sind Mittel vorgesehen, welche die Zeit zwischen einem Öffnungsbefehl und dessen Durchführung begrenzen; sie enthalten einen Widerstand R-, der einen Transistor Ts₂ normalerweise im Sättigungszustand hält, so daß die Basis des Transistors Ts.. an das negative Potential des eine Hilfsspannung liefernden Stromgenerators I- geschaltet ist. Der vom Stromgenerator I- über die Dioden D- und D₂ gelieferte Steuerstrom sperrt den Transistor Ts₂ während der gesamten Schließzeit des elektronischen Schalters Ct- und bringt den Transistor Ts₁ in den Sättigungszustand. Wenn der elektronische Schalter Ct₁ geöffnet wird, kehrt der Transistor Ts₂ in den Sättigungszustand zurück und sperrt in kurzer Zeit den Transistor Ts₁ durch "Entleerung" von dessen Basis.

Diese bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß die Verlustleistung des aus dem Stromgenerator I₁ und dem elektronischen Schalter Ct₁ bestehenden elektrischen Querzweiges in gewissen Fällen unzulässig ist und den Wirkungsgrad des Versorgungsgerätes vermindert. Der Leistungsverlust

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ist besonders hoch, wenn die Eingangsspannung V. einen Wert von einigen hundert Volt aufweist. Beispielsweise unter der Annahme, daß der Stromgenerator I- einen Strom von 50 mA abgibt und die Eingangsspannung einen Wert von 150 Volt hat, beträgt die Verlustleistung im elektrischen Querzweig

W « 150 . 50 . 10~³ » 7,5 W.

Nehmen wir ferner an, daß genannte Zerhackung nach einem Schließ/Öffnungs-Verhältnis von 50% vorgenommen wird, dann beträgt die wirkliche Verlustleistung 3,75 W.

In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 entsprechen der Zerhacker-Transistor Ts-, die Diode D und das Filter mit der Induktivität L und dem Kondensator C der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Ts- sind parallel eine Diode D₃ mit der dargestellten Polung und ein Widerstand R₂ geschaltet. Der erwähnte elektrische Querzweig enthält einen Kondensator C₁, mit dem Widerstände R- und R₃ in Reihe geschaltet sind. An den Verbindungspunkt dieser Widerstände ist der elektronische Schalter Ct₁ angeschlossen, der durch das schon erwähnte Steuersignal V betätigt wird, das bewirkt, daß die Spannung eines Hilfsspannungsgenerators V- an die Enden des (an Nasse liegenden) Widerstands R- angelegt wird.

Beim Einschalten des geregelten Gleichspannungsversorgungsgerätes, in dem sich die hier beschriebene Schaltungsanordnung befinden kann, fließt in dem Widerstand R₂ und in dem erwähnten Querzweig ein Strom während einer Zeit τ * C^ (R- + R₂ + R₃). Der dabei am Widerstand R₂ auftretende Spannungsabfall ist eine Vorspannung, die den Transistor Ts- für die genannte Zeit τ in den Sättigungszustand bringt. Diese Zeit ist ausreichend für die Ladung des Kondensators C und die Erzeugung der Ausgangsspannung V . Die Ausgangsspannung V

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speist die (nichtdargestellten) Steuerkreise zur Erzeugung des Steuersignals V für den elektronischen Schalter Ct₁, welcher den Hilfsspannungsgenerator V₁ periodisch mit dem erforderlichen Tastverhältnis (Öffnungs/Schließ-Verhältnis) zu dem Widerstand R.. parallelschaltet. Während der Schließzeiten des Schalters Ct.. wird daher die zwischen die Pole des Kondensators C. gelegte Spannung um eine Größe vermindert, die ungefähr mit der vom Generator V.. abgegebenen Spannung übereinstimmt. Diese Spannungsänderungen ändern die Vorspannung an der Basis des Transistors Ts₁, welcher bei dem periodischen Schließen des Schalters Ct₁ vom Sperrzustand in den Sättigungszustand übergeht und dadurch die Eingangsspannung V. zerhackt.

Wenn man einen Hilfsspannungsgenerator V₁ verwendet, der beispielsweise eine Spannung von 12 Volt erzeugt, beträgt die Verlustleistung im elektrischen Querzweig unter Voraussetzung des gleichen Stromwertes wie im Fall der Fig. 1:

W = 12 . 50 . 1O~³ = 0,6 W.

Wenn man ferner das gleiche Tastverhältnis voraussetzt wie im Fall der Fig. 1, so ergibt sich die bedeutend geringere tatsächliche Verlustleistung von 0,3 W. Diese Herabsetzung der Verlustleistung ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß der Querzweig nur beim Einschalten des Gerätes während der Zeit τ von einem Strom durchflossen wird, der von der Eingangsspannung V. hervorgerufen wird. Im Betriebszustand fließt dagegen nur ein Strom, wenn die Hilfsspannung des Generators V₁ an den Widerstand R₁ angelegt wird.

Der Zweck der Diode D- liegt darin, den Basis-Emitter-Ubergang des Transistors Ts₁ gegen zu hohe Sperrspannungen zu schützen, während der Widerstand R₃ vermeiden soll, daß der den elektronischen Schalter Ct₁ bildende Transistor (nicht-

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dargestellt) durch eventuelle Stromspitzen beschädigt wird. Die Zeit τ, d.h. die Zeitkonstante des betreffenden RC-Netzwerks muß so bemessen sein, daß sie nicht kleiner ist als die zur Erzeugung des Steuersignals V erforderliche Zeit.

Bei der alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 wird die Entkopplungsfunktion des galvanisch trennenden Gliedes (Kondensator C₁ in Fig. 2) durch einen Transformator T übernommen, dessen Primärwicklung am einen Wicklungsende über den elektronischen Schalter Ct- mit dem Hilfsspannungsgenerator V- verbunden ist. Das andere Ende der Primärwicklung liegt (ebenso wie der Generator V-) an Masse. Die Sekundärwicklung des Transformators T ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Ts- geschaltet. Das periodische Schließen des Schalters Ct- aufgrund des Steuersignals V_ bewirkt die Übertragung von Spannungsimpulsen auf die Sekundärwicklung des Transformators, wodurch der Transistor Ts. periodisch in den Durchlaßzustand geschaltet wird und somit die Eingangsspannung V^ zerhackt. Ähnlich wie im Fall der Fig. 2 kann die Eingangsspannung V^ keinen Strom im Parallel- oder Querzweig bewirken, weil der Transformator T für eine galvanische Entkopplung sorgt. In der Primärwicklung fließt nur der durch die Spannung des Hilfsspannungsgenerators V₁ hervorgerufene Strom, so daß auch in diesem Fall nur eine geringe Verlustleistung entsteht.

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-Hf-

Leerseife

Claims

PATENTANWÄLTE DR. DIETER V. BEZOLD 3 Q j Q 7 8 DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER MAR1A-THERESIA-STRASSE 22 postfach afc&&> 860260 D-8OOO MUENCHEN 86 TELEFON 089/47 69 47 68 AB SEPT. 1980: 4706006 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ (DB 425) Ital.Anm.Nr. 21 130 A/79 10747/H/Ro. vom 20. März 1979 Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens s.p.a. Piazzale Zavattari 12, Mailand/Italien Schaltungsanordnung zum Steuern eines nach dem Zerhackerprinz Ip arbeitenden Transistors. Patentansprüche

1. )J Schaltungsanordnung zum Steuern eines insbesondere in geregelten Gleichspannungsversorgungsgerät nach dem Zerhackerprinzip arbeitenden Transistors, dessen Basis über einen durch ein Steuersignal periodisch geschlossenen elektronischen Schalter Spannungsimpulse zugeführt sind, die das Tastverhältnis des Zerhackers bestimmen, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannungsimpulse der Basis des als Zerhacker arbeitenden Transistors (Ts^) von

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einem Hilfsspannungsgenerator (V*) über ein galvanisch trennendes Glied (C^ oder T) zugeführt sind.

2.} Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanisch trennende Glied aus einem Kondensator (C-) besteht, der an seinem einen Pol mit der Basis des Serhacker-Transistors (Ts-) verbunden ist, während sein anderer Pol über einen Widerstand (R₁) an Masse liegt* und daß der elektronische Schalter (Ct₁) den Hilfsspannungsgenerator (W^) parallel au diesem Widerstand (R₁ } schaltet.

3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet _e daß das galvanisch trennende Glied aus einem Transformator (T) besteht, dessen Skundärwicklung zwischen die Basis und den Emitter des Transistors (Ts₁) geschaltet ist und dessen Primärwicklung am einen Wicklungsende über den elektronischen Schalter (Ct₁) mit dem Hilfsspannungsgenerator (V₁) verbunden ist, während das andere Wicklungsende an Masse liegt.

4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in Äntiparallelschaltung zum Basis-Emitter-Obergang des Zerhacker-Transistors (Ts₁) eine Diode (D₃) geschaltet ist, zu welcher ein zweiter Widerstand (R₂) parallel geschaltet ist.

5.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den ersten Widerstand (R₁) und den Kondensator (C₁) ein dritter Widerstand (R-) geschaltet ist.

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6.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator (C₁) und die drei Widerstände (R-, R-, R₃) aufgrund ihrer Bemessung eine Zeitkonstante (τ) bewirken, die nicht kleiner ist als die Zeit, die zur Erzeugung des Steuersignals (V ) erforderlieh ist.

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