Geregelter Gleichspannungswandler für niedrige Eingangsspannung Die
Erfindung bezieht sich auf einen geregelten Gleichspannungswandler für niedrige
Spannungen zur Versorgung von Verbrauchern, z.B. Fahrzeugfunkgeräten, mit konstanter
Spannung.Regulated DC / DC converter for low input voltage Die
Invention relates to a regulated DC voltage converter for low
Voltages for supplying consumers, e.g. vehicle radios, with constant
Tension.
Als Stromversorgungsquelle für Fahrzeugfunkgeräte werden in der Regel
die im Fahrzeug vorhandenen Batterien verwendet. Diese Stromversorgung ist nicht
auf die Speisung von Funkgeräten abgestimmt. Durch Änderung der Belastung, der Temperatur
und der Motordrehzahl usw. ist_die Spannung starken Schwankungen ausgesetzt, die
zwischen -10% und +30% liegen können. Wegen dieser Spannungsschwankungen müssen
an die Funkgeräte besondere Anforderungen gestellt werden, wenn es sich hierbei
um transistorisierte Geräte handelt, von denen eine lange Lebensdauer erwartet wird.
Es ist daher erforderlich, zum Schutz der Leistungstransistoren des Senders einen
Gleichspannungswandler zusammen mit einer Schaltung zur Spannungsstabilisierung
vorzusehen.As a power supply source for vehicle radios are usually
uses the batteries in the vehicle. This power supply is not
matched to the supply of radio equipment. By changing the load, the temperature
and the engine speed, etc., the voltage is subject to strong fluctuations, the
can be between -10% and + 30%. Because of these voltage fluctuations must
Special requirements are placed on the radio equipment if this is the case
transistorized devices are expected to have a long service life.
It is therefore necessary to protect the power transistors of the transmitter
DC voltage converter together with a circuit for voltage stabilization
to be provided.
Es ist bereits bekannt, zur Spannungsstabilisierung magnetische Verstärker
zu verwenden. Da magnetische Verstärker für niedrige Spannungen eine hohe Verlustleistung
aufweisen, die in Wärme umgesetzt wird, sind sie für die Verwendung in kleinen beweglichen
Funkgeräten ungeeignet.It is already known to use magnetic amplifiers for voltage stabilization
to use. Since magnetic amplifiers for low voltages have a high power dissipation
that is converted into heat, they are movable for use in small
Radio equipment unsuitable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile von Magnetverstärkern
zu vermeiden und eine verlustarme Einrichtung
zu schaffen. Dies
wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß auf der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers
eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung mit Reihentransistoren vorgesehen ist
und daß auf der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers eine Steuerspannung gewonnen
wird, die die Reihentransistoren der Stabilisierungsschaltung in die Sättigung steuert.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Fig.1
zeigt das vereinfachte Schaltbild eines geregelten Gleichspannungswandlers mit dem
neuen Schaltungsteil A. In Fig.2 ist die geregelte Spannung am Ausgang der Stabilisierungsschaltung
in Abhängigkeit von der Eingangsspannung dargestellt. Der Gleichspannungswandler
besteht im wesentlichen aus den Schalttransistoren TH 2, TR3, dem Übertrager T1
und dem Gleichrichter D2. Die dem Gleichspannungswandler vorgeschaltete Schaltung
zur Spannungsstabilisierung arbeitet mit einem Reihentransistor TR1 und einem Steuerkreis
D zur Messung der Spannungsschwankung am Ausgang der Stabilisierungsschaltung. Am
Eingang der Stabilisierungsschaltung liegt die schwankende-Batteriespannung E1;
an ihrem Ausgang steht die geregelte Spannung E2 für den Gleichspannungswandler
zur Verfügung. Der Spannungsabfall zwischen der Eingangsklemme 1 und der Emitterelektrode
2 des Transistors TR1 der Stabilisierungsschaltung hängt vom Spannungsabfall U BE
an der Basis-Emitterstrecke des Transistors TR1 ab. Die Ausgangsspannung E2 des
Serienregelkreises wird dadurch gewonnen, daß von der Eingangsspannung E1 der am
Widerstand R1 und an der Basis-Emitterstrecke des Transistors TR1 hervorgerufene
Spannungsabfall U BE subtrahiert wird. Die Basis-Emitterspannung U BE ist
um
ein Vielfaches größer als die Sättigungsspannung U CES an der Kollektor-Emitterstrecke
des Transistors TR1. Der Widerstand R1 ist so bemessen, daß der an ihm hervorgerufene
Spannungsabfall um ein Vielfaches bzw. um einige Zehnmal größer ist als die Basis-Emitterspannung
UBE. Der Spannungsabfall zwischen der Eingangsklemme 1 und dem Emitter 2 des Transistors
TR1 ist daher groß gegenüber der Sättigungsspannung U CES an der Kollektor-Emitterstrecke
und verursacht Leistungsverluste, solange der Transistor TR1 nicht in die Sättigung
gesteuert ist. Gemäß der Erfindung ist eine Hilfsschaltung A vorgesehen, die aus
einer Wicklung N4 des Übertragers T1 des Gleichspannungswandlers, einem Gleichrichter
D1 und einem Widerstand R2 besteht. Die aus dieser Hilfsschaltung gewonnene Steuerspannung.E3
wird der Basis-Emitterstrecke des Reihentransistors TR1 zugeführt. Beim Einschalten
des geregelten Gleichspannungswandlers fließt über den Widerstand R1 und die Basis-Emitterstrecke
des Transistors TR1 zunächst ein kleiner Strom. Die an der Basis-Emitterstrecke
entstehende Spannung steuert den . Reihentransistor TR1 soweit in den leitenden
Zustand, daß am Ausgang der Stabilisierungsschaltung eine Spannung E2 entsteht und
der Gleichspannungswandler anschwingt. Gleichzeitig wird über die Wicklung N4 des
Übertragers T1 in der Hilfsschaltung die Steuerspannung E3 gewonnen, die den Reihentransistor
TR1 über den Widerstand R2 in die Sättigung steuert. Nach dem Anschwingen des Gleichspannungswandlers
ist die über den Widerstand R1 an der Basis-Emit-@ terstrecke des Transistors TR1
entstehende Spannung von untergeordneter Bedeutung. Der Spannungsabfall zwischen
der Eingangsklemme 1 und dem Emitter 2 des Transistors TR1 ist jetzt von der Größe
der Basis-Emitterspannung U BE des Reihentransistors unabhängig.
Die
Wirkungsweise der Schaltung wird anhand der Fig.2 ersichtlich. Die ausgezogene und
die gestrichelte Kennlinie zeigen den Spannungsverlauf bei Verwendung bzw. fehlender
Hilfsschaltung A. Der Abstand der beiden Kennlinien stellt den Spannungsgewinn am
Eingang des Gleichspannungswandlers bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung
dar. Die ausgezogene Kurve zeigt, daß bei einer durch die Gerade b gegebenen Eingangsspannung
E1 die in der Stabilisierungsschaltung entstehenden Verluste bei diesem Viert halbiert
werden. Die Schaltung arbeitet mit den geringsten Verlusten, wenn die Eingangsspannung
E1 kleiner als der durch die Gerade a gegebene Spannungswert gehalten werden
kann. Dieser Arbeitsbereich kann durch Begrenzung der großen Spannungsschwankungen
der versorgenden Batterie auf den Wert a erreicht werden. Ein derartig ausgebildeter
geregelter Gleichspannungswandler ist in vorteilhafter Weise für die Stromversorgung
von Verbrauchern aus einer Fahrzeugbatterie geeignet. Die erfindungsgemäße Schaltung
kann selbstverständlich außer auf Gleichspannungswandler auch auf Wechselrichter
angewendet werden.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of magnetic amplifiers and of creating a low-loss device. This is achieved according to the invention in that a voltage stabilization circuit with series transistors is provided on the input side of the DC voltage converter and that a control voltage is obtained on the output side of the DC voltage converter which controls the series transistors of the stabilization circuit into saturation. The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows the simplified circuit diagram of a regulated DC / DC converter with the new circuit part A. FIG. 2 shows the regulated voltage at the output of the stabilization circuit as a function of the input voltage. The DC / DC converter essentially consists of the switching transistors TH 2, TR3, the transformer T1 and the rectifier D2. The voltage stabilization circuit connected upstream of the DC / DC converter works with a series transistor TR1 and a control circuit D for measuring the voltage fluctuation at the output of the stabilization circuit. The fluctuating battery voltage E1 is at the input of the stabilization circuit; The regulated voltage E2 for the DC voltage converter is available at its output. The voltage drop between the input terminal 1 and the emitter electrode 2 of the transistor TR1 of the stabilization circuit depends on the voltage drop U BE at the base-emitter path of the transistor TR1. The output voltage E2 of the series control loop is obtained by subtracting the voltage drop U BE caused at the resistor R1 and at the base-emitter path of the transistor TR1 from the input voltage E1. The base-emitter voltage U BE is many times greater than the saturation voltage U CES at the collector-emitter path of the transistor TR1. The resistor R1 is dimensioned so that the voltage drop caused across it is a multiple or a few tens of times greater than the base-emitter voltage UBE. The voltage drop between the input terminal 1 and the emitter 2 of the transistor TR1 is therefore large compared to the saturation voltage U CES at the collector-emitter path and causes power losses as long as the transistor TR1 is not driven into saturation. According to the invention, an auxiliary circuit A is provided which consists of a winding N4 of the transformer T1 of the DC / DC converter, a rectifier D1 and a resistor R2. The control voltage E3 obtained from this auxiliary circuit is fed to the base-emitter path of the series transistor TR1. When the regulated DC voltage converter is switched on, a small current initially flows through the resistor R1 and the base-emitter path of the transistor TR1. The voltage generated at the base-emitter path controls the. Series transistor TR1 into the conductive state to such an extent that a voltage E2 arises at the output of the stabilization circuit and the DC voltage converter starts to oscillate. At the same time, the control voltage E3 is obtained via the winding N4 of the transformer T1 in the auxiliary circuit, which controls the series transistor TR1 via the resistor R2 into saturation. After the DC / DC converter has started to oscillate, the voltage generated across the resistor R1 at the base-emitter path of the transistor TR1 is of subordinate importance. The voltage drop between the input terminal 1 and the emitter 2 of the transistor TR1 is now independent of the size of the base-emitter voltage U BE of the series transistor. The mode of operation of the circuit can be seen from FIG. The solid and dashed characteristic lines show the voltage curve when using or missing auxiliary circuit A. The distance between the two characteristics represents the voltage gain at the input of the DC / DC converter when using the circuit according to the invention. The solid curve shows that with an input voltage given by the straight line b E1 the losses occurring in the stabilization circuit are halved with this fourth. The circuit operates with the lowest losses if the input voltage E 1 can be kept lower than the voltage value given by the straight line a. This working range can be achieved by limiting the large voltage fluctuations of the supplying battery to the value a. A regulated DC-DC converter designed in this way is advantageously suitable for supplying power to consumers from a vehicle battery. The circuit according to the invention can of course also be applied to inverters in addition to DC voltage converters.