DE2050034C2

DE2050034C2 - Elektronischer geregelter Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2050034C2
Application number: DE19702050034
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 5990 Altena Girle
Original assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1983-05-05
Also published as: FR2110370A2; DE2050034A1; FR2110370B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen geregellen Gleichspannungswandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Aus der US-PS 34 00 319 Ist ein elektronischer geregelter Gleichspannungswandler der im Oberbegriff des Anspruches I angegebenen Art bekannt, bei dem das Ruckkopplungsglied ein ohmscher Widerstand Ist, Ober den die Gegenspannungsimpulse aus der Primärwicklung des Wandlertransformators während der Sperrphase des Wandlers die Transistor-Kaskade sperren. Die Schwingfrequenz des bekannten Wandlers ist jedoch im wesentlichen von den Daten des verwendeten Schwingtransformators und der Bemessung des Schwingtransistors abhängig, so daß es in diesem Fall nicht möjr'ich ist, eine ίο für das verwendete Kernmaterial des Schwingtransformators optimale Schwingfrequenz festzulegen.

Die Regelung der Ausgangsspannung des bekannten Gleichspannungswandlers erfolgt durch ein entsprechendes Verändern der Schwingfrequenz des Wandlers, is indem der erste Transistor der Transistorkaskade als regelbarer Widerstand im Basiszweig des zweiten Transistors verwendet wird und im Verhältnis der Vergleichsspannung gesteuert wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ausführung für einen elektronischen geregelten Gleichspannungswandler einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu finden, dessen Schwingfrequenz trotz einer einfachen Ausbildung des Wandlertransformators nahezu unabhängig von der Ausführung des Wandlertransformators in weiten Grenzen festlegbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst.
In einem Gleichspannungswandler nach der Erfindung ist in vorteilhafter Weise im wesentlichen nur das Rückkopplungsglied der Schwingschaltung für die Lade- und Entladezelt, d. h. für die Impulszeiten, maßgeblich. Da das Rückkopplungsglied in sehr weiten Grenzen dimensioniert werden kann, ohne die Arbeitssicherheit der Schaltung zu gefährden, ist auch die Schwingfrequenz in weiten Grenzen einstellbar, so daß die Schwingschaltung immer an die optimale Übertragungsfrequenz des Wandlertransformators angepaßt werden kann.

Ein weiterer Vorteil lsi das günstige Impulsbreiten-Impulspausen-Verhältnis von etwa 1:1, das der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler erzeugt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 weist den Vorteil auf, daß ein Gleichspannungswandler nach der Erfindung auch noch bei einer sehr kleinen Versorgungsglelchspannung von beispielsweise 2 Volt einen guten Wirkungsgrad hat und einwandfrei schwingt.

Mit den Maßnahmen nach Anspruch 5 wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Schwingfrequenz des Wandlers von der Spannungsregelung nicht verändert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeipiels näher erläutert. Der In der Zeichnung dargestellte Gleichspannungswandler nach der Erfindung wird beispielsweise zur Erzeugung einer hohen Betriebsspannung als Versorgungsspannung für ein Gelger-Müller-Zählrohr In einem Strahlungswarn- und/oder Strahlungsmeßgerät verwendet.

Ein Hochspannungsteil 25 des Gleichspannungswandler umfaßt die Niederspannungswicklung II und die Hochspannungswicklung III eines Wandlertransformators 26. einen Ladegleichrichter 3 und einen Hochspannungs-Spelcherkondensator 5. An den Speicherkondensator 5 Ist als Last 6 ein GM-Zählrohr und dessen In Serie dazu liegender Arbeltswiderstand angeschlossen.

An der Niederspannungswicklung II des Wandlertransformators 26 liegt eine elektronische Schwingschaltung 27 und eine Vergleichs- und Regelschaltung 28. Die Schwingschaltung, die aus einer Batterie 2 gespeist wird, besteht aus zwei In Kaskade geschalteten Transistoren 29 und 30, Widerständen 31 bis 33. Dioden 34 und 35 sowie aus einem Rückkopplungsglied mit einem Kondensator 36 und einem Widerstand 37. Die eigentliche Vergleichsschaltung ist aus einem Gleichrichter 4, einem Speicherkondensator 7 und einem Spannungsteiler mit Widerständen 38 und 39 gebildet, während die Regelschaltung aus einer Zenerdiode 40, einem Schalttransistor 41 und einem Widerstand 42 besteht.

Die Ladephase der Schwingschaltung 27 wird mit einem vom Widerstand 32 klein gehaltenen AnFachstrom in die Basis des ersten Transisiors 29 der Kaskade eingeleitet. Infolge der Kaskadenschaltung wird auch der zweite Transistor 30 etwas leitend, wodurch nun der Strom in die Basis des ersten Transistors 29 Ober den zweiten Transistor 30 und den Rückkopplungszweig fließt. Beide Transistoren kippen dadurch in den voll leitenden Zustand und bleiben in diesem Zustand solange, bis sich der Kondensator 36 im Rückkopplungszweig aufgeladen hat und der Ladestrom nicht mehr ausreicht, den ersten Transistor offen zu halten. Der zweite Transistor 30 drosselt dadurch den Strom durch die ihm als Arbeitswiderstand dienende Niederspannungswicklung II des Wandlertransformators 26. Der Wandlertransformator erzeugt in seinen beiden Wicklungen eine induktive Gegenspannung, die im Hochspannungsteil 25 über den 3" Gleichrichter 3 den Hochspannungskondensator 5 auflädt. An der Niederspannungswicklung II sperrt die Gegenspannung über den Rückkopplungszweig die Transistorkaskade 29, 30 vollständig und lädt gleichzeitig über den Gleichrichter 4 den Speicherkondensator 7 des Vergleichskrelses auf. Der Kondensator 36 im Rückkopplungszweig entlädt sich nun über die Diode 34 solange, bis der Entladestrom die Wirkung des Anfachstromes über den Widerstand 32 nicht mehr unterdrückt und ein neuer Ladevor₀ang eingeleitet wird. Die Diode 34 schützt gleichzeitig den Eingang des ersten Transistors 29 vor den hohen Spannungswerten der Gegenspannungsspitze.

Die Widerstände 31 und 33 dämpfen den Einfluß der Parameterstreuungen und des Temperaturganges der Transistoren, Insbesondere die Diode 34, die entgegengesetzt parallel zum Eingang des zweiten Transistors 30 geschaltet Ist, hat einen hoch temperaturstabilisierenden Einfluß auf die Schwingschaltung.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der zweite Transistor 30 der Transistorkaskade ein Siliziumtransistor vom NPN-Typ ist, der auch bei hohem Kollektorstrom eine sehr niedere Kollektor-Emitter-Restspannung hat und dadurch bei der Leistungsübertragung nur geringe Verluste an diesem Transistor auftreten. Wegen der Forderung nach kleinem Reststrom im Sperrzustand sollte vorteilhaft auch der erste Transistor 29 ein Siliziumtransistor (vom PNP-Typ) sein.

Im Verlgeichskreis entsteht am Speicherkondensator 7 aus der Niederspannungswicklung II durch die Gegenspannungsimpulse eine zur Hochspannung am Hochspannungskondensator 5 proport'onale Gleichspannung, die vom Spannungsteiler 38, 39 'iei untergesetzt wird. Sobald die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers 38, 39 die Durchbruchspannung der Zenerdiode 40 überschreitet, fließt ein Strom über diese Zenerdiode. die Basis des Transistors 41 und die Diode 34. Der Transistor 41 gelanfei dadurch in den leitenden Zustand, führt den Ladestrom des Rückkopplungszweiges 36, 37 ab und setzt die Schwingschaltung 27 solange außer Betrieb, bis die Spannung am Widerstand 38 unter die Zenerspannung der Diode 40 abgesunken ist. Infolge der kleinen Hysteresis der Ein- und Ausschaltpunkte der Zenerdiode 40 sind die Schwankungen der Hochspannung am Hochspannungskondensator 5 sehr gering.

An die Anschlußpunkte AA der Schaltung, d. h. an die Niederspannungswicklung II des Wandlertransformators 26, kann zusätzlich noch eine weitere Gleichrichterschaltung 43 für eine Gleichstromlast 44, beispielsweise als Gleichspannungsversorgung für eine Versiärkerschaltung angeschlossen werden. Die Gleichrichterschaltung 43 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Gleichrichter 45 und einem Speicherkondensator 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer geregelter Gleichspannungswandler mit einer die Primärwicklung eines Wandlertransformators und eine Kaskadenschaltung aus zwei komplementären Transistoren enthaltenden Schwingschaltung, in der die Basis des ersten Transistors der Kaskade Ober ein Rockkopplungsglied mit dem an die Primärwicklung des Wandlertransformators angeschlossenen Kollektor des zweiten Transistors der Kaskade verbunden ist und zwischen dem Emitter des ersten Transistors und einer den Gleichspannungswandler speisenden Gleichspannungsquelle ein Emitterwiderstand und zwischen der Basis dieses Transistors und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle ein weiterer Widerstand angeordnet ist und in der außerdem parallel zum Eingang des ersten Transistors der Kaskade eine Diode in zur Flußrichtung der Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors entgegengeserzten Flußrichtung liegt, ferner mit einer mit ihrem Ausgang an die Basis des ersten Transistors der Kaskade angeschlossenen Regelschaltung, die zur Regelung der Schwingschaltung aus einer in der Regelschaltung gebildeten, zur am Ausgang des Gleichspannungswandlers befindlichen Gleichspannung proportionalen Verglei.chsspannung ein Regelsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungsglied aus der Serienschaltung eines Kondensators (36) und eines Widerstandes (37) besteht.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da? parallel zur Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors (30) der Kaskade eine Diode (35) liegt, deren Flußrichtung der der Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors entgegengerichtet ist.

3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (29) der Kaskade (29, 30) ein Siliziumtransistor vom PNP-Typ und der zweite Transistor (30) ein Siliziumtransistor vom NPN-Typ ist.

4. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Regelschaltung (28) an die Primärwicklung (II) des Wandlertransformators (26) angeschlossen Ist.

5. Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichskreis zur Erzeugung der Vergleichsspannung in der Regelschaltung (28) aus der Serienschaltung eines Gleichrichters (4) und eines Speicherkondensators (7) besteht, daß an den Abgriffeines parallel zum Spetcherkondensator angeordneten Spannungsteilers (38. 39) die aus der Serienschaltung einer In Sperrlchtung geschalteten Zenerdiode (40), der Basis-Emitterstrecke eines Transistors (41) und der Paralleldiode (34) zum Eingang des ersten Transistors (29) angeschlossen Ist.