DE4401797C1 - Schaltregler - Google Patents
SchaltreglerInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltregler mit
einer Regelschaltung, einer Speicherdrossel, in deren
Primärkreis mindestens ein Schaltreglerstellglied angeordnet
ist, und Mitteln zum Erfassen einer lastabhängigen,
gleichgerichteten Spannung in einem Sekundärkreis, wobei diese
Spannung sowohl als Fehlersignal als auch zur
Spannungsversorgung dient.
Ein Schaltregler dieser Art ist aus der DE 41 11 277 A1
bekannt. Dieser nutzt einen induktiven Abgriff sowohl zur
Spannungsversorgung als auch zur Regelung. Eine integrierte
Schaltung steuert einen Schalttransistor durch Variation von
Impulsbreite und Frequenz.
Aus W. Blaesner: "Erhöhte Betriebssicherheit und niedrigere
Kosten", Elektronik 9, 27. 4. 1990, S. 134-140, sind ebenfalls
Schaltregler bekannt, bei denen eine Regel- und Speisespannung
induktiv an einem Übertrager abgegriffen ist.
In W. Blaesner: "Schaltnetzteile mit Stromregelung einfach
realisiert", Elektronik 3, 2. 2. 1990, S. 43-48, sind
Gleichspannungswandler beschrieben, die einen Oszillator,
einen Regler und einen Pulsbreitenmodulator aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Schaltregler der eingangs genannten Art anzugeben, der mit
geringem Bauteileaufwand einen hohen Wirkungsgrad erzielt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus
den Unteransprüchen hervor.
Der erfindungsgemäße Schaltregler enthält eine Regelschaltung,
die nur drei aktive Standardbauteile aufweist, z. B.
Komparatoren, die in einer integrierten Schaltung
zusammengefaßt sein können. Sie besitzt einen hohen
Wirkungsgrad, auch bei kleiner Ausgangsleistung, und kann sehr
kompakt aufgebaut werden. Eine einfache Anlaufschaltung, die
während des Normalbetriebs deaktiviert ist, ermöglicht einen
sicheren Betriebsstart. Durch die alleinige Verwendung von
einfachen Standardbauteilen wird ein Schaltregler mit einer
hohen Zuverlässigkeit ermöglicht. Primärkreis und
Sekundärkreis sind galvanisch entkoppelt. Bei Verwendung von
Komparatoren mit offenen Kollektorausgängen können deren
Ausgänge parallel geschaltet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand eines
Prinzipschaltbildes näher erläutert.
In der Zeichnung ist als Anlaufschaltung ein Transistor T1 als
Längsregler beschaltet mittels eines Widerstands R1, einer
Zenerdiode Z1 und eines Kondensators C2. Der Transistor T1
erzeugt in einer Anlaufphase aus einer Eingangsspannung Ue
eine Anlaufspannung U(Z1). Während des Betriebs wird die
Spannung U(Z1) durch die Betriebsspannung UR ersetzt und der
Transistor T1 wird abgekoppelt, wie nachfolgend ausgeführt.
Durch einen Widerstand R7, Zenerdiode Z2 und Kondensator C3
wird ein Bezugspotential U₂ aus der Spannung UR abgeleitet.
Ein Komparator K1 mit offenem Kollektor-Ausgang (Open
Collector) ist als selbstschwingender Schmitt-Trigger
beschaltet, indem er über die beiden Widerstände R2, R3 mit
seinem nichtinvertierenden Eingang und über den Tiefpaß R4, C1
mit seinem invertierenden Eingang rückgekoppelt ist. Der
Ausgang des Komparators K1 ist über einen Widerstand R5 mit
der Betriebsspannung UR verbunden.
Befindet sich der offene Kollektor-Ausgang des Komparators K1
in dem Zustand "hoch", so wird der Kondensator C1 über die
Widerstände R4 und R5 soweit aufgeladen, bis die Spannung am
invertierenden Eingang über die des nichtinvertierenden
Eingangs steigt. Dann schaltet der Komparator K1 um und der
Kondensator C1 wird über den Widerstand R4 entladen. Durch den
Umschaltvorgang fällt gleichzeitig die Spannung am
nichtinvertierenden Eingang ab, entsprechend dem
Spannungsteilerverhältnis der Widerstände R2 und R3.
Unterschreitet die Spannung am invertierenden Eingang während
des Entladungsvorgangs des Kondensators C1 die des
nichtinvertierenden, so schaltet der Komparator K1 um in den
Zustand "hoch". An seinem invertierenden Eingang entsteht so
angenähert eine Dreieckspannung, die einen Offset gegenüber
Masse, bestimmt durch die Zenerdiode Z2, aufweist. Die
Amplitude der Dreieckspannung ist durch den Spannungssprung am
nichtinvertierenden Eingang gegeben.
Der durch den beschalteten Komparator K1 gebildete Oszillator
kann auch auf andere Weise aufgebaut sein.
Oszillatorschaltungen sind beispielsweise aus Tietze/Schenk:
Halbleiterschaltungstechnik, 4. Auflage, 1978, S. 444-449
bekannt. Der Oszillator dieses Schaltreglers kann anstatt der
dreieckförmigen Spannung auch andere periodische Signale zur
Verfügung stellen, die Verwendung eines sinusförmigen Signales
im Schaltregler ist beispielsweise ebenfalls möglich.
Ein zweiter Komparator K2 mit offenem Kollektor-Ausgang,
dessen zwei Eingänge über dem Widerstand R4 angeschlossen
sind, wertet die Stromrichtung des am Widerstand R4
anliegenden periodischen Signales aus. An seinem Ausgang liegt
über einen Widerstand R6 die Betriebsspannung UR an.
Der Komparator K2 legt die Einschaltzeit pro Periode (Duty
Cycle) eines Schaltreglerstellgliedes, Z.B. eines Transistors
T2, fest. Da an dem Widerstand R4 eine angenäherte
Dreieckspannung anliegt, ist die Einschaltzeit etwa 50%.
Durch den Widerstand R5 kann die Form der Dreieckspannung in
gewissen Grenzen verändert werden, da der Kondensator C1 über
R4 und R5 aufgeladen, aber nur über R4 entladen wird.
Hierdurch ändert sich die Einschaltzeit des Transistors T2.
Der Transistor T2 schaltet die Eingangsspannung Ue über eine
Primärwicklung Lp einer Speicherdrossel (Lp, Ls1, Ls2) nach
Masse durch. Dies bewirkt eine Leistungsübertragung in
Sekundärwicklungen Ls1 und Ls2. Das in der Sekundärwicklung
Ls1 entstehende Signal wird durch eine Diode D1
gleichgerichtet und wird sowohl als Fehlersignal als auch als
Betriebsspannung UR der Regelschaltung genutzt. Das in der
zweiten Sekundärwicklung Ls2 induzierte Signal wird, nach
einer Gleichrichtung und Stabilisierung (D2, C4), von einem
Verbraucher RL genutzt. Die Sekundärwicklungen Ls1 und Ls2
sind durch die Wicklungen in der Speicherdrossel stark
miteinander gekoppelt und deshalb voneinander abhängig.
Die von der Sekundärspule Ls1 erzeugte Spannung wird als
Betriebsspannung UR für die Regelschaltung verwendet sowie als
Fehlersignal UR zur Steuerung des Tastverhältnisses des
Transistors T2. Die Betriebsspannung UR ist größer als die
Anlaufspannung U(Z1), so daß der Transistor T1 während des
Betriebes sperrt, und die Regelschaltung des Schaltreglers
allein mit der Betriebsspannung UR betrieben wird.
Ein dritter Komparator K3 mit offenem Kollektorausgang
vergleicht das Fehlersignal UR mit dem vom Komparator K1
erzeugten Dreiecksignal. Die Ausgänge der beiden Komparatoren K2 und K3
sind beide mit dem Basisanschluß des
Schalttransistors T2 im Sinne einer Oder-Verknüpfung
verbunden. Damit ist die Regelschleife geschlossen. Der
Komparator K3 bewirkt eine Verkleinerung des Tastverhältnisses
in Abhängigkeit des Fehlersignals UR.
Ein Spannungsteiler R8, R9 ermöglicht die Einstellung der
sekundärseitigen Ausgangsspannungen. Idealerweise ist R8
gleich R9, so daß das selbst erzeugte und als
Versorgungsspannung genutzte Fehlersignal UR gleich der
doppelten Zenerspannung der Zenerdiode Z2 ist.
In der Anlaufphase wird der Kondensator C2 schneller
aufgeladen als die Kondensatoren C3 und C1, so daß der
Komparator K3 den Schalttransistor T2 in dieser Zeit sperrt.
Der Kondensator C1 wird soweit aufgeladen, bis der Komparator
K3 in den Schalt- und Regelbetrieb überwechselt.
Die Widerstände R2 und R3 sind so dimensioniert, daß die
Amplitude der angenäherten Dreieckspannung sehr klein ist.
Dies bewirkt, daß die Spannungsschwankungen durch die Regelung
gering sind.
Außer den beiden Sekundärwicklungen Ls1 und Ls2 können in der
Speicherdrossel zusätzliche Sekundärwicklungen mit
unterschiedlichen Windungszahlen angeordnet sein für weitere
Ausgangsspannungen. In einer anderen Ausgestaltung kann das
Fehlersignal UR in dem Sekundärkreis Ls2 des Verbrauchers RL
abgegriffen sein.
Als Schalttransistor T2 kann auch ein Thyristor oder ein
Feldeffekttransistor (FET) angeordnet sein. Es können
ebenfalls mehrere Schalttransistoren (T2) parallel geschaltet
sein. Eine andere Ausgestaltung kann eine Treiberstufe zur
Ansteuerung einer oder mehrerer Schalttransistoren T2
verwenden. Anstatt als Sperrwandler kann der Schaltregler auch
als Durchflußwandler geschaltet sein.
Durch die Verwendung von schnellen Komparatoren K1, K2, und K3
mit kurzen Umschaltzeiten werden die Verluste in dem
Transistor T2 gering gehalten. Es können aber auch andere
aktive Bauteile, so z. B. Differenzverstärker, digitale Gatter
oder Transistorstufen angeordnet sein. Der Schaltregler
besitzt ein gutes dynamisches Verhalten, da er kein
Integrationsglied in der Regelschleife enthält. Seine
Schwingneigung ist gering, da der Komparator K2 eine
Schwingungsunterdrückung bewirkt.
Claims (4)
1. Schaltregler mit einer Regelschaltung, einer
Speicherdrossel, in deren Primärkreis mindestens ein
Schaltreglerstellglied angeordnet ist, und Mitteln zum
Erfassen einer lastabhängigen, gleichgerichteten Spannung in
einem Sekundärkreis, wobei diese Spannung sowohl als
Fehlersignal als auch zur Spannungsversorgung dient, mit
folgenden Merkmalen:
- a) in der Regelschaltung ist ein Oszillator zur Erzeugung eines periodischen Signals (K1, C1, R2, R3, R4) vorgesehen,
- b) es ist eine erste Vergleichsstufe (K3) für den Vergleich des Fehlersignals mit dem periodischen Signal vorgesehen,
- c) es ist eine zweite Vergleichsstufe (K2) vorhanden, die die Stromrichtung des periodischen Signales in einem Bauelement (R4) mißt und daraus die Einschaltzeit pro Periode des Schaltreglerstellgliedes (T2) ableitet,
- d) die erste und die zweite Vergleichsstufe (K3, K2) sind im Sinne einer Oder-Verknüpfung miteinander verbunden.
2. Schaltregler nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das periodische Signal als dreieckförmiges
Signal mit geringer Amplitude ausgebildet ist.
3. Schaltregler nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die
zweite Vergleichsstufe (K3, K2) als Komparator geschaltete
Differenzverstärker sind.
4. Schaltregler nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Differenzverstärker (K3, K2)
Komparatoren mit offenem Kollektor-Ausgang sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944401797 DE4401797C1 (de) | 1994-01-22 | 1994-01-22 | Schaltregler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944401797 DE4401797C1 (de) | 1994-01-22 | 1994-01-22 | Schaltregler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4401797C1 true DE4401797C1 (de) | 1995-02-23 |
Family
ID=6508443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944401797 Expired - Fee Related DE4401797C1 (de) | 1994-01-22 | 1994-01-22 | Schaltregler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4401797C1 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4111277A1 (de) * | 1991-04-08 | 1992-10-15 | Thomson Brandt Gmbh | Anlaufschaltung fuer ein schaltnetzteil |
-
1994
- 1994-01-22 DE DE19944401797 patent/DE4401797C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4111277A1 (de) * | 1991-04-08 | 1992-10-15 | Thomson Brandt Gmbh | Anlaufschaltung fuer ein schaltnetzteil |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Tietze/Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 4. Aufl., 1978, S. 444-449 * |
W. Blaesuer, "Erhöhte Betriebssicherheit und niedrigere Kosten", Elektronik 9, 27.4.1990, S. 134-140 * |
W. Blaesuer, "Schaltnetzteile mit Stromregelung einfach realisiert", Elektronik3, 2.2.1990, S. 43-48 * |
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Legal Events
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
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