DE2608167B2 - Geregelter Eintakt-Durchflußumrichter zur Erzeugung mehrerer galvanisch getrennter Ausgangsspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Eintakt-Durchflußumrichter mit einem impulsbreitengesteuerten Halbleiterschalter und einem Leistungstransformator mit mehreren Sekundärwicklungen zur Erzeugung galvanisch getrennter Ausgangsgleichspannungen, wobei außer im Umrichter-Hauptstromkreis in wenigstens einem Ausgangskreis des Eintakt-Durchflußumrichters ein weiterer in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung dieses Ausgangskreises impulsbreitengesteuerter Halbleiterschalter mit eigener Hilfssteuerschaltung vorgesehen ist, wobei die Ausgangsimpulse des weiteren Halbleiterschalters zeitlich innerhalb der Ausgangsimpulse des im Hauptstromkreis angeordneten Halbleiterschalters liegen und eine Impulsflanke beider Ausgangsimpulse zusammenfällt.

Eine derartige Schaltung ist bereits bekannt (DE-AS 28 078). Die als Thyristoren ausgebildeten Halbleiterschalter im Hauptstromkreis und in einem zweiten Ausgangskreis sind in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (und zusätzlich vom Ausgangsstrom) zündzeitpunktgesteuert. Der frühest mögliche Zeitpunkt ^hl> zum Ausregeln von Störungen ist jeweils erst der Beginn der nächstfolgenden Durchlaßphase, so daß die Regelung totzeitbehaftet und damit die Regelungsgenauigkeit beschränkt ist.

Es ist auch bereits ein Eintakt-Durchflußumrichier zur Erzeugung mehrerer Ausgangsgleichspannungen bekannt, bei dem der Halbleiterschalter im Hauptstromkreis als Transistor ausgebildet ist (FR-OS 21 16 287).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die Regelgenauigkeit zu verbessern

Bei einem Einiakt-Durchflußumrichter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Umrichter-Hauptstromkreis und in dem bzw. den Ausgangskreisen Transistoren als Halbleiterschalter verwendet und derart gesteuert sind, daß der bzw. die Transistoren in den Ausgangskreisen jeweils gleichzeitig mit dem Transistor im Umrichter-Hauptstromkreis leitend gesteuert werden und daß die Abschaltung jedes in ein^m Ausgangskreis vergesehenen Transistors jeweils durch Kurzschließen der Primärwicklung eines Impuls-Steuerübertragers in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des entsprechenden Ausgangskreises erfolgt.

Auf diese Weise können während des leitenden Zustandes des Halbleiterschalters (Transistor) im Hauptkieis Störungen noch in der gleichen Durchlaßphase berücksichtigt werden. Dabei ermöglicht die Sperransteuerung des bzw. der Transistoren in den Ausgangskreisen durch Kurzschließen ihrer Steuerstrecke über einen Impuls-Steuerübertrager bei gutem Schaltverhalten einen verhältnismäßig geringen Aufwand für die Hilfssteuerschaltung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abschaltsignale für den Transistor in einem Ausgangskreis aus dem Vergleich einer Summenspannung, gebildet vom Istwert der Ausgangsspannung und einer den Anstieg des Kollektorstromes des Transistors im Umrichter-Hauptstromkreis wiedergebenden periodischen Meßspannung, mit einer Sollwertspannung in einem Schwellenschalter mit Hilfssteuerschaltung abgeleitet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispicls und der zugehörigen F i g. 1 bis 3 näher erläutert.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines Eintakt-Durchflußumrichters für zwei geregelte Ausgangsspannungen dargestellt.

F i g. 2 zeigt den Stromlauf einer Hilfssteuerschaltung für den zweiten Ausgang des Eintakt-Durchflußumrichters.

Die Strom- und Spannungsverläufe in Fig. 3 dienen der Erläuterung der Wirkungsweise des Durchflußumrichters.

Der Durchflußumrichter nach Fig. 1 erzeugt aus einer Eingangsgleichspannung U\ zwei geregelte Ausgangsspannungen L/21 und U22 über zwei Ausgangskreise. Seine wesentlichen Bestandteile sind ein über einen Übertrager Üi gesteuerter Schalttransistor Ti, ein Leistungstransformator Tr mit einer Primärwicklung Ni und zwei Sekundärwicklungen /V2, Λ/3 sowie eine Hauptsteuerschaltung 5/ mit einer Hilfsstromversorgung Hv. Ein an die Sekundärwicklung Λ/2 angeschlossener Ausgangskreis enthält eine Gleichrichterdiode Di, eine Freilaufdiode Dl sowie eine LC-Siebschaltung. Die Steuerung des Schalttransistors 7*1 erfolgt mittels Einschalt- und Sperrimpulsen, die vom Hauptsteuerteil Si über den Steuerübertrager Üi an die Basis-Emitterstrecke gelangen, sowie durch Rückkopplung des Emitterstromes auf den Steuerkreis.

Um auch im Ausgangskreis der Sekundärwicklung Λ/3 eine geregelte Ausgangsspannung U22 zu erhalten,

ist eine eigene Nachregelung erforderlich, die aus einem zusätzlichen Impulsbreiteiiregler mit einem Hilfssteuer-.eil Hst und einem weiteren Schalttransistor 72, der über einen Übertrager L/2 aus der Hilfssteuerschaltung gesteuert wird, besteht. Außer der Kollektor-Emitterstrecke des Stelltransistors 72 befindet sich im l.ängszweig des Ausgangskreises für die Spannung Un eine Gleichrichterdiode D3. Vor einer LC-Siebschaltung ist im Querzweig eine Freilaufdiode D 4 angeordnet. Die Regelung der zweiten Ausgangsspannung U22 wird durch eine geringfügige Beschneidung der von der zweiten Sekundärwicklung Λ/3 angebotenen Spannungszeitfläche erreicht. Dies geschieht verlustlos durch früheres Abschaltet: des Schalttransistors 72 mittels der Hilfssteuerschaltung Hst.

Die F i g. 3 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in den beiden Ausgangskreisen mit den Sekundärwicklungen N2, /V3 sowie im Eingangskreis, wenn der Schalttransistor 72 im Ausgangskreis an der Sekundärwicklung Λ/3 vor Beendigung der über die Hauptsteuerschaltung St für den Schalttransistor 71 vorgegebene Stromflußdauer gesperrt wird. In Fig. 3 ist unter a die EMK an den Sekundärwicklungen Λ/2, Λ/3 dargestellt; bund c geben die Spannungen L/21, L/21, L/22, U22 und Ströme in den beiden Ausgangskreisen wieder. Bei dist der Verlauf des Primärstromimpuljes i\ angegeben, der sich aus dtn beiden Sekundärstromanteilen zusammensetzt. Der treppenartige Verlauf der Stromkurve gibt deutlich die Wirkungsweise der Nachregelung wieder. In dieser Figur ist der Tastgrad des w Schalttransistors 71 mit γ\ und der Tastgrad des Schalttransistors 72 mit >>2 bezeichnet.

Eine ausführliche Darstellung der impulsbreitengesteuerten Nachregelschaltung für den zweiten Ausgangskreis erfolgt anhand der Fig.2. Dieser Schaltungsteil umfaßt die Sekundärwicklung N3 des Leistungstransformators Tr, eine Gleichrichterdiode D3, eine Freilaufdiode D4 im Querzweig des Ausgangskreises sowie eine LC-Siebschaltung mit den Drosselspulen L 1, L 2 und den Kondensatoren CA und -to C5, wobei letzterem die geregelte Ausgangsspannung L/22 entnommen wird. Die Nachregelung der Ausgangsspannung dieses zweiten Ausgangskreises erfordert einen zusätzlichen Schalttransistor 72, der mit seiner Kollektor-Emitterstrecke im Längszweig des Ausgangskreises zwischen der Gleichrichterdiode D3 und der Freilaufdiode D 4 im Querzweig angeordnet ist. Die Steuerung des Schalttransistors 72 erfolgt über einen Steuerübertrager Ü2, der eine ar. eine Hilfssteuerschaltung Hst angeschlossene Primärwicklung /, eine mit der Basis-Emitterstrecke des Stelltransisiors verbundene Steuerwicklung Il und eine im Emitterstromkreis des Stelltransistors liegende Stromrückkopplungswicklung !!! aufweist. Das Einschalten des Schalttransistors 72 erfolgt gleichzeitig mit dem Durchsteuern des Schalttransistors 71 im Primärkreis des Durchflußumrichters.

Für den Abschaltvorgang des Schalttransistors wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung L/22 in der Hilfssteuerschaltung ein Abschaltsignal erzeugt, das über einen Transistor 73 die Primärwicklung / des Steuei Übertragers L/2 kurzschließt.

Den Eingang der Hilfssteuerschaltung Hst bildet ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 4, R 5, R6, an dem die Ausgangs-Ist-Spannung mit einer Meßspannung, die ein lineares Abbild des durch die Drosselspule L 1 fließenden Stelltransistorstromes ist, überlagert wird. Die Meßspannung Um wird am Widerstand R 6 gebildet, der mit dem Siebkondensator C 4 im Querzweig des Ausgangs in Reihe geschaltet ist. Die Summe aus dem Ist-Wert der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstromes und der von der Amplitude und Dachschräge der Stromimpulse abgeleiteten Meßspannung Um ergeben nach Vergleich mit den Schwellenwerten der zu einem Schwellwertschalter S gehörenden Gatter 1 bzw. 2 bereits die gewünschten Ausschaltzeitpunkte für den Schalttransistor 72. Der Ist-Wert des Ausgangsstromes, der bei Einsatz der Strombegrenzung wirksam ist, wird mittels eines Stromwandlers Ü3, dessen Primärwicklung im Emitterstromkreis des Stelltransistors liegt, auf den Eingang des Schwellenschalters 5 übertragen. Als weitere Bestandteile des Schwellenschalters Sbilden die Gatter 3 und 4 eine Flip-flop-Schaltung, die bei erfolgter Abschaltung des Schalttransistors über die Strombegrenzung mit dem Stromwandler L/3 ein Wiedereinschalten infolge des abgeklungenen Ist-Wertes des Momentanstromes bis zum nächsten Einschaltzeitpunkt verhindert.

Der Einschaltzeitpunkt des Schalttransistors 72 wird direkt von der an der Sekundärwicklung Λ/3 des Leistungstransformators Tr anstehenden Spannung abgeleitet, die über eine Konstantstromschaltung mit einer Zenerdiode ZDl, einen Schalttransistors 74 sowie den Widerständen Ri und R 2 einen öffnenden Strom über den Steuerübertrager L/2 in die Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors 72 treibt, solange der vom 3chwellenschalter S gesteuerte Schalttransistor 73 gesperrt bleibt.

Die HilfsStromversorgung für den Schwellenschalter 5 wird direkt aus der EMK an der Wicklung Λ/3 des Leistungstransformators über die Schaltungsteile Diode D 7, Zenerdiode ZD 2, Kondensator CX und Widerstand R 7 abgeleitet. Eine galvanische Trennung ist nicht erforderlich.

Mit der Hilfssteuerschaltung ist es möglich, den Tastgrad des Schalttransistors 72 bis auf y = 0 zu verkleinern. Eine Vorlast im nachgeregelten Ausgang ist daher nicht erforderlich. Der Gesamtaufwand für die Nachregelung ist verhältnismäßig klein, da die Hilfssteuerschaltung Hst keinen Taktgenerator benötigt und die zusätzliche Tastgradbeeinflussung nur eine geringe Regelverstärkung erfordert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Eintakt-DurchfluDumrichter mit einem impulsbreitengesteuerten Halbleiterschalter und einem Leistungstransformator mit mehreren Sekundär-Wicklungen zur Erzeugung galvanisch getrennter Ausgangsgleichspannungen, wobei außer im Umrichter-Hauptstromkreis in wenigstens einem Ausgangskreis des Eintakt-Durchflußumrichters ein weiterer in Abhängigkeit von der Ausgangsspan- ίο nung dieses Ausgangskreises impulsbreitengesleuerter Halbleiterschalter mit eigener Hilfssteuerschaltung vorgesehen ist, wobei die Ausgangsimpulse des weiteren Halbleiterschalters zeitlich innerhalb der Ausgangsimpulse des im Hauptstromkreis angeord- '5 neten Halbleiterschalters liegen und eine impulsflanke beider Ausgangsimpulse zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß im Umrichter-Hauptstromkreis und in dem bzw. den Ausgangskreisen Transistoren (Ti, TT) als Halbleiterschalter verwendet und derart gesteuert sind, daß der bzw. die Transistoren (TT) in den Ausgangskreisen jeweils gleichzeitig mit dem Transistor ^7*1) im Umrichter-Hauptstromkreis leitend gesteuert werden und daß die Abschaltung jedes in einem Ausgangskreis vorgesehenen Transistors (Tl) jeweils durch Kurzschließen der Primärwicklung (I) eines Impuls-Steuerübertragers (Ü2) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (U22) des entsprechenden Ausgangskreises erfolgt.

2. Eintakt-Durchflußumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltsignale für den Transistor (T2) in einem Ausgangskreis aus dem Vergleich einer Summenspannung, gebildet vom Ist-Wert der Ausgangsspannung (U22) und einer den ^ Anstieg des Kollektorstromes des Transistors (Ti) wiedergebenden periodischen Meßspannung (Um), mit einer Sollwertspannung (Usi) in einem Schwellenschalter (S) der Hilfssteuerschaltung (Hst) abgeleitet sind.