DE1261234B

DE1261234B - Stabilisierter Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE1261234B
Application number: DE1963T0024483
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joel Korn
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1963-08-14
Filing date: 1963-08-14
Publication date: 1968-02-15

Description

Stabilisierter Gleichspannungswandler Zusatz zum Patent: 1230119 Das Hauptpatent betrifft einen stabilisierten Gleichspannungswandler, bei dem der für die Transformation erforderliche Wechselstrom durch Umschaltung der Gleichspannung mittels durch einen selbstschwingenden Steuergenerator fremderregter Schalttransistoren erzeugt wird, bei dem in Abhängigkeit von der durch Gleichrichtung der transformierten Wechselspannung erzeugten Ausgangsspannung eine spannungsempfindliche bistabile Kippstufe derart gesteuert wird, daß sie beim Überschreiten des festgesetzten Sollwertes der Ausgangsspannung von ihrem ersten in ihren zweiten stabilen Zustand kippt und beim Unterschreiten des Sollwertes in den ersten stabilen Zustand zurückkippt, und bei dem die spannungsempfindliche Kippstufe ihrerseits Torschaltungen zur Beeinflussung des Wandlers im Sinne einer dem Sollwert entsprechenden Ausgangsspannung derart steuert, daß die Torschaltungen während der Dauer des zweiten stabilen Zustandes der bistabilen Kippstufe die Fremdsteuerung der Schalttransistoren und damit die Leistungsumsetzung des Wandlers unterbinden und während der Dauer des ersten stabilen Zustandes freigeben. In einer Ausführung des Wandlers nach dem Hauptpatent schwingt der Steuergenerator ständig.
Es gibt Anwendungsfälle für Gleichspannungswandler, beispielsweise für die Fernspeisung in Trägerfrequenzanlagen, bei denen verhältnismäßig große Leistungen unter galvanischer Trennung der Primär- und Sekundärstromkreise umgewandelt werden müssen bei guter Konstanz der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes. An sich bewirkt bei den bekannten Gleichspannungswandlern der die für die Wandlung benutzte Wechselstromleistung übertragende Transformator die galvanische Trennung zwischen den primären und sekundären Gleichstromkreisen. Bei stabilisierten Gleichspannungswandlern muß dagegen außerdem eine galvanische Trennung für den Rückführungskreis vorgesehen werden.
In der Schaltung nach F i g. 2 des Hauptpatents wird die galvanische Trennung auch im Rückführungskreis dadurch erreicht, daß von dem Steuergenerator über einen galvanisch trennenden Transformator neben den Schaltsignalen für die Wandlertransistoren auch eine Wechselspannung abgenommen wird, die nach Gleichrichtung und Glättung die Speiseleistung für die spannungsempfindliche Kippstufe liefert. Allerdings muß dabei das Schaltsignal, das die Stabilisierung des Wandlers bewirkt, Torschaltungen zugeführt werden, die über einen weiteren galvanisch trennenden Transformator mit den Steuerelektroden der Wandlertransistoren verbunden sind. Dabei ist naturgemäß die Leistung, die die spannungsempfindliche Kippstufe für die Steuerung der Torschaltungen aufbringen muß, erheblich. Da diese Kippstufe aus der Steuergeneratorleistung gespeist wird, ist ein leistungsfähigerer Steuergenerator erforderlich.
Es ist bekannt, einen durch eine Rechteckwechselspannung gespeisten Modulator als Zerhacker für eine ihm zugeführte Gleichspannung zu benutzen, so daß die Ausgangswechselspannung des Modulators eine der zugeführten Gleichspannung proportionale Spannung aufweist.
Beispielsweise wurde durch die deutsche Auslegeschrift 1102 875 eine Regeleinrichtung bekannt, bei der als schwache Gleichstromsignale gegebene Regelgrößen einem durch eine Rechteckwechselspannung beaufschlagten Modulator zugeführt werden, dessen Ausgangswechselspannung nach Verstärkung einem phasenempfindlichen Demodulator zugeführt wird, dem die verstärkte Regelgröße entnehmbar ist.
Eine andere Anordnung, die ebenfalls einen durch eine Rechteckwechselspannung und eine Steuergleichspannung gespeisten Modulator benutzt, wurde durch die USA.-Patentschrift 2 959 725 bekannt. Bei dieser wird ebenfalls die Ausgangswechselspannung des Modulators verstärkt und der Belastung zugeführt. Die Steuergleichspannung wird durch Vergleich einer von der Ausgangsspannung abgeleiteten Gleichspannung mit einer festen Bezugsspannung in einer Referenzbrücke erzeugt. Es erfolgt bei dieser Anordnung eine kontinuierliche Regelung der Ausgangsspannung auf einen festen Wert. In den bekannten Anordnungen wird keine Zweipunktregelung wie beim stabilisierten Gleichspannungswandler des Hauptpatents bewirkt.
Durch die Erfindung werden die Eigenschaften der genannten Modulatoren für eine vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung nach dem Hauptpatent ausgenutzt. Die Erfindung ,ist dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der spannungsempfindlichen Kippstufe, die ihrerseits über eine Schaltstufe die Sperrung bzw. Freigabe der den magnetischen Wechselfluß erzeugenden Transistoren bewirkt, durch die gleichgerichtete Ausgangsspannung eines Modulators erfolgt, dem die Rechteckwechselspannung des ständig schwingenden Steuergenerators und eine Steuergleichspannung, die durch Vergleich der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers mit einer festen Bezugsspannung erzeugt wird, zugeführt werden.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die die galvanische Trennung der Ausgangsgleichspannung von der Eingangsgleichspannung bewirkt und die sich daher beispielsweise für die Fernspeisung in Trägerfrequenzanlagen eignet, ist in dem Schaltbild dargestellt.
Von der am Belastungswiderstand RB liegenden Ausgangsgleichung des Wandlers wird durch den aus den Widerständen R 1 und R 2 bestehenden Spannungsteiler ein Teil abgegriffen und dem Transistor Ts 3 des Vergleichsverstärkers mit den Widerständen R3, R4, R 5 zugeführt, dessen zweiter Transistor Ts4 mit seiner Basiselektrode an der durch die Schwellwertdiode D 1 bestimmten Vergleichsspannung liegt. Der Kollektorstrom des Transistors Ts4 ist dabei proportional zur Differenz der an den Basiselektroden der beiden Transistoren Ts 3 und Ts 4 anliegenden Spannungen.
Der Kollektorstrom des Transistors Ts4 fließt über die beiden gleich großen Widerstände R 7, R 8 und die Gleichrichter D 2, D 3 zur Mittelanzapfung der Wicklung W5 des Transformators ü1. Der frei schwingende astabile Multivibrator, zu dem die Transistoren Ts 8, Ts 9 und die Primärwicklung des übertragers Ü1 gehören, liefert über die Wicklung W2 die Steuerströme für die Schalttransistoren Ts 1 und Ts2 des Wandlers, über die Wicklung W3 die Betriebsspannung U3 für die Transistoren Ts3 und Ts4 des Vergleichsverstärkers, über die Wicklung W 4 eine Hilfsspannung U4 für den Sperrschalter Ts7 und über die Wicklung W 5 die Rechteckspannung für die Modulatordioden D 2 und D 3. Die Leitfähigkeit dieser beiden wird um so größer, je größer der Kollektorstrom des Transistors Ts4 ist. Dadurch wird ein dazu proportionaler Wechselstrom über die Dioden D 2, D 3 und über die Kondensatoren C 1, C 2 zum Gleichrichter Gll, der beispielsweise ein Brükkengleichrichter sein kann, durchgelassen. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters Gll steuert über die als Spannungsteiler geschalteten Widerstände R 9, R 10 die aus den Transistoren Ts 5 und Ts 6 be- stehende spannungsempfindliche Kippstufe. Diese kippt bei einem bestimmten Schwellwert der Spannung am Belastungswiderstand RB von einem ersten Zustand in den zweiten bzw. bei einem ein wenig abweichenden Spannungswert wieder in den ersten zurück. Die beiden Kondensatoren C1, C2 gewährleisten dabei die galvanische Trennung zwischen dem mit der Ausgangsspannung des Wandlers leitend verbundenen Vergleichsverstärker Ts 3, Ts 4 und der mit der Eingangsgleichspannung verbundenen spannungsempfindlichen Kippstufe Ts5, Ts6.
Für die betriebssichere Sperrung und Öffnung der Wandlerschalttransistoren Ts1, Ts2 ist der als Sperrschalter wirkende Transistor Ts 7 vorgesehen, dessen Betriebsspannung aus der um die Hilfsspannung U4 erhöhten Eingangsgleichspannung besteht.
Im Sperrzustand des Transistors Ts7 ist seine Kollektorspannung gegenüber den Basiselektroden der Wandlertransistoren Ts1 und Ts2negativ, die Gleichrichter D 4, D 5 sind daher gesperrt, und die Schwingspannung des astabilen Steuergenerators Ts 8, Ts 9 kann von der Wicklung W 2 aus auf die Basiselektroden der Schaltertransistoren Tsl, Ts2 wirken. Ist jedoch der Transistor Ts7 leitend, so ist seine Kollektorelektrode positiv, und dieses positive Potential kann über die Gleichrichter D 4, D 5 auf die Basiselektroden der Schaltertransistoren Ts1, Ts2 durchgreifen und diese sperren, so daß die Leistungsumsetzung im Wandler unterbunden wird.
Es ist möglich, den Transformator Ü1 einzusparen, wenn die Transistoren Ts 8, Ts 9 des astabilen Multivibrators für die unmittelbare Steuerung der Basiselektroden der Schaltertransistoren Tsl, Ts2 verwendet werden. Dann müssen aber die Hilfsspannungen U3, U4 durch Gleichrichtung von zwei Wicklungen des Haupttransformators Tr abgenommen werden, und es muß die Rechteckspannung des Gegentaktmodulators über Kondensatoren dem astabilen Multivibrator entnommen werden.
Es bleibt dem Fachmann überlassen, für die Erreichung einer besseren Anschwingfähigkeit des Steuergenerators den Übertrager Ü1 nicht vom asta bilen Multivibrator selbst, sondern über eine Schaltstufe zu speisen.

Claims

Patentanspruch: Stabilisierter Gleichspannungswandler, bei dem der für die Transformation erforderliche Wechselstrom durch Umschaltung der Gleichspannung mittels durch einen ständig selbstschwingenden Steuergenerator fremderregter Schalttransistoren erzeugt wird, bei dem in Abhängigkeit von der durch Gleichrichtung der transformierten Wechselspannung erzeugten Ausgangsspannung eine spannungsempfindliche bistabile Kippstufe derart gesteuert wird, daß sie beim Überschreiten des festgesetzten Sollwertes der Ausgangsspannung von ihrem ersten in ihren zweiten stabilen Zustand kippt und beim Unterschreiten des Sollwertes in den ersten stabilen Zustand zurückgekippt, und bei .dem die spannungsempfindliche Kippstufe ihrerseits Torschaltungen zur Beeinflussung des Wandlers im Sinne einer dem Sollwert entsprechenden Ausgangsspannung derart steuert, daß die Torschaltungen während der Dauer des zweiten stabilen Zustandes der bistabilen Kippstufe die Fremdsteuerung der Schalttransistoren und damit die Leistungsumset zung des Wandlers unterbinden und während der Dauer des ersten stabilen Zustandes freigeben, nach Patent 1230 119, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der spannungsempfindlichen Kippstufe (Ts 5, Ts 6), die ihrerseits über eine Schaltstufe (Ts7) die Sperrung bzw. Freigabe der den magnetischen Wechselfluß erzeugenden Transistoren (Ts 1, Ts 2) bewirkt, durch die gleichgerichtete Ausgangsspannung eines Modulators (D2, D3, R7, R8) erfolgt, dem die Rechteckwechselspannung des ständig schwingenden Steuergenerators (Ts 8, Ts 9) und eine Steuergleichspannung, die durch Vergleich der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers mit einer festen Bezugsspannung(D1) erzeugt wird, zugeführt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1102 875; USA.-Patentschrift Nr. 2 959 725; Regelungstechnik, 1957, Heft 10, S. 344, 345.