DE1261234B

DE1261234B - Stabilized DC voltage converter

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.Stabilized DC / DC converter Addition to patent: 1230119 Das The main patent relates to a stabilized DC voltage converter, in which the for the transformation required alternating current by switching the direct voltage by means of switching transistors that are separately excited by a self-oscillating control generator is generated in which, depending on the rectification of the transformed AC voltage generated output voltage a voltage-sensitive bistable Flip-flop is controlled in such a way that it is when the fixed setpoint is exceeded the output voltage flips from its first to its second stable state and when falling below the setpoint, tilts back into the first stable state, and in which the voltage-sensitive flip-flop stage, for its part, has gate circuits for influencing of the converter in the sense of an output voltage corresponding to the setpoint value controls that the gates switch during the duration of the second stable state the bistable multivibrator, the external control of the switching transistors and thus the Prevent power conversion of the converter and remain stable for the duration of the first Release state. In one version of the transducer according to the main patent oscillates the control generator constantly.

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.There are applications for DC-DC converters, for example for remote feeding in carrier frequency systems, where relatively large outputs can be converted with galvanic separation of the primary and secondary circuits must with good constancy of the output voltage or the output current. Per se causes in the known DC voltage converters the one used for the conversion Transformer transmitting alternating current power provides galvanic isolation between the primary and secondary DC circuits. With stabilized DC voltage converters on the other hand, galvanic isolation must also be provided for the feedback circuit will.

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.In the circuit according to FIG. 2 of the main patent is galvanic Separation also achieved in the feedback loop by the control generator via a galvanically isolating transformer in addition to the switching signals for the Converter transistors also take an alternating voltage after rectification and smoothing supplies the feed power for the voltage-sensitive trigger stage. However, the switching signal that stabilizes the converter must be Gate circuits are supplied via a further galvanically isolating transformer are connected to the control electrodes of the converter transistors. This is natural the power that the voltage-sensitive trigger stage for controlling the gate circuits must raise considerably. Because this flip-flop is fed from the control generator power a more powerful control generator is required.

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.It is known to supply one with a square wave alternating voltage To use the modulator as a chopper for a direct voltage supplied to it, so that the output alternating voltage of the modulator is proportional to the supplied direct voltage Has tension.

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.For example, the German Auslegeschrift 1102 875 created a Known control device in which controlled variables given as weak direct current signals are fed to a modulator to which a square-wave alternating voltage is applied, its output alternating voltage after amplification by a phase-sensitive demodulator is supplied, from which the amplified controlled variable can be taken.

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.Another arrangement that also uses a square wave alternating voltage and a DC control voltage fed modulator was used by U.S. Patent 2 959 725 known. This also uses the output alternating voltage of the modulator reinforced and put to the strain. The DC control voltage is determined by comparison a direct voltage derived from the output voltage with a fixed reference voltage generated in a reference bridge. With this arrangement there is a continuous Regulation of the output voltage to a fixed value. In the known Arrangements are not a two-point control as with the stabilized DC voltage converter of the main patent causes.

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.The properties of the modulators mentioned exploited for an advantageous further development of the device according to the main patent. The invention is characterized in that the actuation of the voltage-sensitive Flipper stage, which in turn uses a switching stage to block or release the den Magnetic alternating flux generating transistors caused by the rectified Output voltage of a modulator takes place, to which the square-wave alternating voltage of the constantly oscillating control generator and a DC control voltage obtained by comparison the output voltage of the DC / DC converter with a fixed reference voltage is generated, are supplied.

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.The circuit arrangement according to the invention, the galvanic isolation the DC output voltage is caused by the DC input voltage and which is therefore for example, suitable for remote feeding in carrier frequency systems, is in the Circuit diagram shown.

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.A part of the converter output equation at the load resistor RB is tapped by the voltage divider consisting of the resistors R 1 and R 2 and fed to the transistor Ts 3 of the comparison amplifier with the resistors R3, R4, R 5, the second transistor Ts4 with its base electrode at the comparison voltage determined by the threshold value diode D 1. The collector current of the transistor Ts4 is proportional to the difference between the voltages applied to the base electrodes of the two transistors Ts 3 and Ts 4.

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.The collector current of the transistor Ts4 flows through the two equal resistors R 7, R 8 and the rectifiers D 2, D 3 to the center tap of the winding W5 of the transformer ü1. The freely oscillating astable multivibrator, to which the transistors Ts 8, Ts 9 and the primary winding of the transformer Ü1 belong, supplies the control currents for the switching transistors Ts 1 and Ts2 of the converter via the winding W2, and the operating voltage U3 for the transistors via the winding W3 Ts3 and Ts4 of the comparison amplifier, an auxiliary voltage U4 for the blocking switch Ts7 via the winding W 4 and the square-wave voltage for the modulator diodes D 2 and D 3 via the winding W 5, the greater the collector current of the transistor, the greater the conductivity of these two Ts4 is. As a result, an alternating current proportional to this is let through via the diodes D 2, D 3 and via the capacitors C 1, C 2 to the rectifier G1, which can be a bridge rectifier, for example. The output voltage of the rectifier Gll controls the voltage-sensitive multivibrator consisting of the transistors Ts 5 and Ts 6 via the resistors R 9, R 10 connected as a voltage divider. At a certain threshold value of the voltage at the load resistor RB, this tilts from a first state to the second or, if the voltage value deviates slightly, back to the first. The two capacitors C1, C2 ensure galvanic isolation between the comparator amplifier Ts 3, Ts 4 , which is conductively connected to the output voltage of the converter, and the voltage-sensitive multivibrator Ts5, Ts6, which is connected to the DC input voltage.

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.For the operationally safe blocking and opening of the converter switching transistors Ts1, Ts2, the transistor Ts 7 acting as a blocking switch is provided, its operating voltage consists of the input DC voltage increased by the auxiliary voltage U4.

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.In the blocking state of the transistor Ts7, its collector voltage is negative with respect to the base electrodes of the converter transistors Ts1 and Ts2, the rectifiers D 4, D 5 are therefore blocked, and the oscillation voltage of the astable control generator Ts 8, Ts 9 can be applied to the base electrodes of the winding W 2 Switch transistors Tsl, Ts2 act. However, if the transistor Ts7 is conductive, its collector electrode is positive, and this positive potential can reach through the rectifiers D 4, D 5 to the base electrodes of the switch transistors Ts1, Ts2 and block them, so that the power conversion in the converter is prevented.

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.It is possible to save the transformer U1 if the transistors Ts 8, Ts 9 of the astable multivibrator are used for the direct control of the base electrodes of the switch transistors Tsl, Ts2. Then, however, the auxiliary voltages U3, U4 must be removed by rectifying two windings of the main transformer Tr, and the square-wave voltage of the push-pull modulator must be taken from the astable multivibrator via capacitors.

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.It is left to the skilled person for achieving a better one The ability of the control generator to oscillate does not affect the transformer Ü1 from the astable multivibrator itself, but to be fed via a switching stage.

Claims

Claim: Stabilized DC voltage converter, in which the alternating current required for the transformation is generated by switching the direct voltage by means of a continuously self-oscillating control generator separately excited switching transistors, in which, depending on the output voltage generated by rectifying the transformed alternating voltage, a voltage-sensitive bistable multivibrator is controlled in such a way that when the set target value of the output voltage is exceeded, it tilts from its first to its second stable state and when it falls below the target value, it tilts back into the first stable state, and when the voltage-sensitive flip-flop, in turn, gate circuits to influence the converter in the sense of an output voltage corresponding to the setpoint controls that the gate circuits during the duration of the second stable state of the bistable multivibrator, the external control of the switching transistors and thus prevent the power conversion of the converter and release it for the duration of the first stable state, according to patent 1230 119, characterized in that the actuation of the voltage-sensitive flip-flop (Ts 5, Ts 6), which in turn, via a switching stage (Ts7), the blocking or Release of the transistors (Ts 1, Ts 2) generating the magnetic alternating flux is effected by the rectified output voltage of a modulator (D2, D3, R7, R8) to which the square-wave alternating voltage of the constantly oscillating control generator (Ts 8, Ts 9) and a control direct voltage generated by comparing the output voltage of the DC / DC converter with a fixed reference voltage (D1). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 102 875; U.S. Patent No. 2,959,725; Control engineering, 1957, issue 10, pp. 344, 345.